JPH06313645A - Cooling equipment for object - Google Patents

Cooling equipment for object

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JPH06313645A
JPH06313645A JP10258693A JP10258693A JPH06313645A JP H06313645 A JPH06313645 A JP H06313645A JP 10258693 A JP10258693 A JP 10258693A JP 10258693 A JP10258693 A JP 10258693A JP H06313645 A JPH06313645 A JP H06313645A
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Japan
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temperature
passage
cooled
freezing
motor
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JP10258693A
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Hiroyasu Nomachi
町 博 康 野
Koichi Nakayama
山 宏 一 中
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to cool down an object to be cooled to a target temperature in a short time and to suppress heating due to the work of a rotary member at the time when the temperature of the object is low. CONSTITUTION:A motor revolution number control means 42 which measures constantly the temperature T1 (or T2) of a gaseous medium or the temperature of an object T3 to be cooled and controls the number of revolutions of a motor 34 on the basis of the result of measurement is provided, and it is so devised as to make the motor 34 rotate at prescribed high-speed revolutions when the temperature T1, T2 of the gaseous medium or the temperature T3 of the object is a prescribed value or above and to lessen the number of revolutions of the motor 34 gradually as the temperature becomes lower than the prescribed value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体冷却装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object cooling device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の物体冷却装置としては、
特公昭51−13904号公報に示されるものが知られ
ている。図4は、この従来技術に係る物体冷却装置の全
体構成図であり、物体冷却装置80は、スターリング冷
凍機81で発生する略20Kの冷凍により冷却すべき物
体91を冷却するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of object cooling device,
The one disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-13904 is known. FIG. 4 is an overall configuration diagram of the object cooling device according to the related art. The object cooling device 80 cools the object 91 to be cooled by freezing of about 20K generated in the Stirling refrigerator 81.

【0003】スターリング冷凍機81は、ピストン82
により形成される圧縮空間83と、ディスプレーサピス
トン84により形成される膨張空間85とを備えてい
る。ピストン82は、ロッド86を介して駆動手段(図
示せず)に連結され、図示上下方向に移動可能になって
いる。又、ディスプレーサピストン84は、ロッド87
を介して駆動手段(図示せず)に連結され、図示上下方
向に移動可能になっている。尚、両ピストン82,84
は、所定の位相差を維持するように駆動される。
The Stirling refrigerator 81 has a piston 82.
The compression space 83 formed by the above and the expansion space 85 formed by the displacer piston 84 are provided. The piston 82 is connected to a driving means (not shown) via a rod 86 and is movable in the vertical direction in the figure. Also, the displacer piston 84 is a rod 87.
It is connected to a driving means (not shown) through the and is movable in the vertical direction in the drawing. Both pistons 82, 84
Are driven so as to maintain a predetermined phase difference.

【0004】圧縮空間83は、圧縮空間83側から順に
冷却器88,蓄冷器89,冷凍器90を介して膨張空間
85に連通している。尚、圧縮空間83から膨張空間8
5に至る作動空間には、ヘリウム等の作動流体が封入さ
れている。
The compression space 83 communicates with the expansion space 85 from the compression space 83 side through a cooler 88, a regenerator 89 and a refrigerator 90 in order. In addition, from the compression space 83 to the expansion space 8
The working space up to 5 is filled with a working fluid such as helium.

【0005】冷凍器90と冷却すべき物体91の間に
は、移送通路93,94が配設され、移送通路93,9
4内には、ヘリウムガスが充填されている。移送通路9
3,94の図示左端部は、冷却器90内に配設された熱
交換部90aと常時連通し、移送通路93,94の図示
右端部は、熱交換器92に常時連通している。従って、
熱交換部90a内のヘリウムガスが冷凍器90内の作動
流体即ち冷凍機80にて発生する冷凍と熱交換し、熱交
換器92内のヘリウムガスが物体91と熱交換するよう
になっている。尚、ヘリウムガスは、冷凍機80内の作
動流体と接触することはない。
Transfer passages 93, 94 are provided between the refrigerator 90 and the object 91 to be cooled, and the transfer passages 93, 9 are provided.
Helium gas is filled in the inside 4. Transfer passage 9
The illustrated left ends of 3, 94 are in constant communication with the heat exchange section 90a arranged in the cooler 90, and the illustrated right ends of the transfer passages 93, 94 are in constant communication with the heat exchanger 92. Therefore,
The helium gas in the heat exchange section 90a exchanges heat with the working fluid in the refrigerator 90, that is, the refrigeration generated in the refrigerator 80, and the helium gas in the heat exchanger 92 exchanges heat with the object 91. . The helium gas does not come into contact with the working fluid in the refrigerator 80.

【0006】移送通路93の途中には、ポンプ装置95
が配設され、ヘリウムガスを移送通路93から熱交換器
92,移送通路94,熱交換部90aを介して再び移送
通路93に循環させるものである。ポンプ装置95内に
は、隔壁96により第1空間97及び第2空間98が形
成され、第1空間97内には、ファン99が回転可能に
配設されている。このファン99は、ロッド110を介
して第2空間98内に配設されたモータ111に連結さ
れている。
A pump device 95 is provided in the middle of the transfer passage 93.
Helium gas is circulated from the transfer passage 93 to the transfer passage 93 again through the heat exchanger 92, the transfer passage 94, and the heat exchange section 90a. A first space 97 and a second space 98 are formed in the pump device 95 by the partition wall 96, and a fan 99 is rotatably arranged in the first space 97. The fan 99 is connected to a motor 111 arranged in the second space 98 via a rod 110.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した物
体冷却装置80においては、モータ111の回転数を制
御する手段が存在しないので、モータ111の回転数は
一定である。そこで、モータ111を高回転に維持した
場合、ヘリウムガスの循環流量が多くなるので、冷却す
べき物体91の冷却速度は速くなるが、ヘリウムガスの
低温時にはファン99がその仕事により発熱して移送通
路93,94を流れるヘリウムガスの温度を上昇させ
る。その結果、物体91を所定温度(例えば、冷凍機8
0で発生する冷凍温度)まで冷却することが困難にな
る。一方、モータ111を低回転に維持した場合、ヘリ
ウムガスの循環流量が少なくなるので、冷却すべき物体
91の冷却速度が遅くなり、物体91の冷却時間が非常
にかかる。
However, in the above-described object cooling device 80, since there is no means for controlling the rotation speed of the motor 111, the rotation speed of the motor 111 is constant. Therefore, when the motor 111 is maintained at a high rotation speed, the circulation flow rate of the helium gas increases, so that the cooling rate of the object 91 to be cooled becomes faster, but when the helium gas is at a low temperature, the fan 99 generates heat due to its work and is transferred. The temperature of the helium gas flowing through the passages 93 and 94 is raised. As a result, the object 91 is heated to a predetermined temperature (for example, the refrigerator 8
It becomes difficult to cool down to the freezing temperature which occurs at 0). On the other hand, when the motor 111 is maintained at a low rotation speed, the circulation flow rate of the helium gas is reduced, so that the cooling speed of the object 91 to be cooled becomes slow, and the cooling time of the object 91 takes very long.

【0008】故に、本発明は、冷却すべき物体の冷却時
間を短縮すると共にヘリウムガスの低温時にファンの発
熱を抑制してヘリウムガスが温度上昇しないようにする
ことを、その技術的課題とするものである。
Therefore, it is a technical object of the present invention to shorten the cooling time of the object to be cooled and to suppress the heat generation of the fan when the temperature of the helium gas is low so that the temperature of the helium gas does not rise. It is a thing.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために請求項1の発明において講じた技術的手段(第
1の技術的手段)は、冷凍機と、一部分で冷凍機と熱接
触し且つ他部分で冷却すべき物体と熱接触するように冷
凍機と冷却すべき物体とを繋ぎ、内部にガス状媒体が封
入される循環通路と、循環通路の途中に配設された回転
部材と回転部材を駆動するモータとを有し、ガス状媒体
を循環通路内に循環させるポンプ手段とを備えた物体冷
却装置において、ガス状媒体の温度又は冷却すべき物体
の温度を常時測定し、その測定結果に基づいてモータの
回転数を制御するモータ回転数制御手段とを備え、モー
タ回転数制御手段を、ガス状媒体の温度又は冷却すべき
物体の温度が所定値以上の場合には、モータを高速一定
回転で回転させ、所定値より低くなるに伴いモータの回
転数を徐々に下げるようにしたことである。
In order to solve the above technical problems, the technical means (first technical means) taken in the invention of claim 1 is a refrigerator, and a thermal contact with the refrigerator in part. And a circulation member that connects the refrigerator and the object to be cooled so as to make thermal contact with the object to be cooled in the other part, and a gaseous medium is sealed inside, and a rotating member disposed in the middle of the circulation path. In the object cooling device having a motor for driving the rotating member and a pump means for circulating the gaseous medium in the circulation passage, the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is constantly measured, It comprises a motor rotation speed control means for controlling the rotation speed of the motor based on the measurement result, the motor rotation speed control means, when the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is a predetermined value or more, Rotate the motor at high speed and constant rotation, Is that which is to lower gradually with the rotation speed of the motor More lower value.

【0010】上記技術的課題を解決するために請求項2
の発明において講じた技術的手段(第2の技術的手段)
は、所定温度の冷凍を発生する第1コールドヘッドを有
する第1冷凍部と、第1コールドヘッドの冷凍温度より
も低い冷凍を発生する第2コールドヘッドを有する第2
冷凍部とから成る2段冷凍機と、第1コールドヘッドと
熱接触する第1熱交換器と、第2コールドヘッドと熱接
触する第2熱交換器と、2段冷凍機にて発生する冷凍を
冷却すべき物体に搬送する冷凍搬送通路と、冷凍搬送通
路に常時連通し冷却すべき物体が放出する熱を2段冷凍
機に搬送する熱搬送通路とを有し、内部にガス状媒体が
封入された循環通路と、循環通路の途中に配設されたイ
ンペラと、インペラを駆動するモータとを有し、ガス状
媒体を循環通路内に循環させるポンプ手段と、熱搬送通
路の途中に配設された電磁弁と、循環通路内のガス状媒
体の温度又は前記冷却すべき物体の温度を常時測定し、
その測定結果に基づいてガス状媒体の温度又は冷却すべ
き物体の温度が第1コールドヘッドの冷凍温度以上の場
合には、熱搬送通路の電磁弁上流側に位置する通路を第
1熱交換器に連通させるように電磁弁を駆動し、第1コ
ールドヘッドの冷凍温度より低い場合に熱搬送通路の電
磁弁上流側に位置する通路を第2熱交換器に連通させる
ように電磁弁を駆動する制御手段とを備えたことであ
る。
In order to solve the above technical problem, a second aspect is provided.
Means taken in the invention of (2nd technical means)
Is a first freezing part having a first cold head that produces freezing at a predetermined temperature, and a second cold head that has a second cold head that produces freezing lower than the freezing temperature of the first cold head.
A two-stage refrigerator comprising a refrigeration unit, a first heat exchanger in thermal contact with the first cold head, a second heat exchanger in thermal contact with the second cold head, and refrigeration generated in the two-stage refrigerator. Has a freezing transfer passage for transferring the heat to the object to be cooled, and a heat transfer path for communicating heat released from the object to be cooled to the two-stage refrigerator to be constantly connected to the freezing transfer path, and the inside of the gaseous medium is A pump means for circulating the gaseous medium in the circulation passage, having a sealed circulation passage, an impeller arranged in the middle of the circulation passage, and a motor for driving the impeller, and arranged in the middle of the heat transfer passage. An electromagnetic valve provided and constantly measures the temperature of the gaseous medium in the circulation passage or the temperature of the object to be cooled,
When the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is equal to or higher than the freezing temperature of the first cold head based on the measurement result, the passage located on the upstream side of the electromagnetic valve of the heat transfer passage is connected to the first heat exchanger. Drive the solenoid valve so that the passage located upstream of the solenoid valve in the heat transfer passage communicates with the second heat exchanger when the freezing temperature of the first cold head is lower. And a control means.

【0011】[0011]

【作用】上記第1の技術的手段によれば、ガス状媒体の
温度又は冷却すべき物体の温度を常時測定し、その測定
結果に基づいてモータの回転数を制御する回転数制御手
段を設けたので、以下の如く作用する。
According to the first technical means, the rotation speed control means for constantly measuring the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled and controlling the rotation speed of the motor based on the measurement result is provided. Therefore, it works as follows.

【0012】ガス状媒体の温度又は冷却すべき物体の温
度が所定値以上の場合には、回転数制御手段によりモー
タつまり回転部材が高速一定回転してガス状媒体の循環
流量が多くなり、冷却すべき物体が所定値まで急速に冷
却される。ガス状媒体の温度又は冷却すべき物体の温度
が所定値より低くなるに伴い、回転数制御手段によりモ
ータつまり回転部材の回転数が徐々に低下してガス状媒
体の循環流量が徐々に少なくなり、最終的には冷却すべ
き物体が目標温度まで冷却される。その結果、冷却すべ
き物体の低温時には、ガス状媒体の循環流量が少なくな
るので、回転部材の仕事による発熱が抑制されて発熱の
影響でガス状媒体の温度が上昇することはなくなる。以
上より、冷却すべき物体は、短時間で且つ確実に目標温
度まで冷却される。
When the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is equal to or higher than a predetermined value, the rotation speed control means causes the motor, that is, the rotating member to rotate at a constant speed to increase the circulation flow rate of the gaseous medium, thereby cooling. The object to be cooled is cooled rapidly to a predetermined value. As the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled becomes lower than a predetermined value, the rotational speed of the motor, that is, the rotating member is gradually decreased by the rotational speed control means, and the circulation flow rate of the gaseous medium is gradually decreased. Finally, the object to be cooled is cooled to the target temperature. As a result, when the temperature of the object to be cooled is low, the circulation flow rate of the gaseous medium is reduced, so that heat generation by the work of the rotating member is suppressed and the temperature of the gaseous medium does not rise due to the heat generation. As described above, the object to be cooled is cooled to the target temperature reliably in a short time.

【0013】上記第2の技術的手段によれば、ガス状媒
体の温度又は冷却すべき物体の温度が第1コールドヘッ
ドで発生する冷凍温度以上の場合には、制御手段により
電磁弁が熱搬送通路の電磁弁上流側に位置する通路を第
1熱交換器に連通させると共に第2熱交換器との連通を
遮断する。その結果、熱搬送通路内のガス状媒体は第1
熱交換器に導入され、第1コールドヘッドの冷凍と熱交
換して冷却する。従って、冷却すべき物体は、第1コー
ルドヘッドの冷凍温度まで急速に冷却される。
According to the second technical means, when the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is equal to or higher than the freezing temperature generated in the first cold head, the control means causes the solenoid valve to transfer heat. The passage located on the upstream side of the electromagnetic valve of the passage is communicated with the first heat exchanger and the communication with the second heat exchanger is blocked. As a result, the gaseous medium in the heat transfer passage is
It is introduced into the heat exchanger and exchanges heat with the refrigeration of the first cold head to cool it. Therefore, the object to be cooled is rapidly cooled to the freezing temperature of the first cold head.

【0014】一方、ガス状媒体の温度又は冷却すべき物
体の温度が第1コールドヘッドの冷凍温度より低くなる
と、制御手段により電磁弁が熱搬送通路の電磁弁上流側
に位置する通路を第2熱交換器に連通させると共に第1
熱交換器との連通を遮断する。
On the other hand, when the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled becomes lower than the freezing temperature of the first cold head, the control means causes the solenoid valve to move the passage located on the upstream side of the solenoid valve of the heat transfer passage to the second passage. It is connected to the heat exchanger and is the first
Cut off communication with the heat exchanger.

【0015】その結果、熱搬送通路内のガス状媒体が第
2熱交換器に導入され、第2コールドヘッドの冷凍と熱
交換して冷却する。この時、熱搬送通路内のガス状媒体
は、第1熱交換器に導入されないので、ガス状媒体が温
度上昇することなく、冷却すべき物体の冷却能力が向上
する。以上より、冷却すべき物体15を短時間で且つ効
率良く冷却することが可能になる。
As a result, the gaseous medium in the heat transfer passage is introduced into the second heat exchanger and exchanges heat with the refrigeration of the second cold head to cool it. At this time, the gaseous medium in the heat transfer passage is not introduced into the first heat exchanger, so that the temperature of the gaseous medium does not rise and the cooling ability of the object to be cooled is improved. As described above, the object 15 to be cooled can be efficiently cooled in a short time.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0017】図1は、本発明の第1実施例に係る物体冷
却装置の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an object cooling device according to a first embodiment of the present invention.

【0018】図1に示す物体冷却装置10は、ギフォー
ドマクマホン冷凍機11(以下、GM冷凍機と称す
る。)で発生する冷凍により冷却すべき物体15を冷却
するものである。物体冷却装置10は、GM冷凍機11
と、冷凍搬送通路12及び熱搬送通路13からなる循環
通路106と、ポンプ手段14とを備えている。
The object cooling device 10 shown in FIG. 1 cools an object 15 to be cooled by freezing generated in a Gifford McMahon refrigerator 11 (hereinafter referred to as a GM refrigerator). The object cooling device 10 includes a GM refrigerator 11
A circulation passage 106 composed of the freezing and conveying passage 12 and the heat conveying passage 13, and a pump means 14.

【0019】GM冷凍機11は、コンプレッサ16を備
えており、その上流側は冷却器17及び吐出弁18を介
してシリンダ20内に形成された空間21に連通可能に
なっており、下流側は、吸入弁19を介して空間21に
連通可能になっている。シリンダ20内には、内部に蓄
冷器23を有するピストン22が上下方向に摺動可能に
配設され、上方にて膨張空間24を形成している。ピス
トン22は、可動部材26に固着され、ロッド26を介
して駆動手段(図示せず)に連結されるようになってい
る。尚、ピストン22の外周とシリンダ20との間に
は、ピストンリング27が配設されている。
The GM refrigerator 11 is equipped with a compressor 16, the upstream side of which can communicate with a space 21 formed in a cylinder 20 via a cooler 17 and a discharge valve 18, and the downstream side of the compressor. It is possible to communicate with the space 21 via the suction valve 19. In the cylinder 20, a piston 22 having a regenerator 23 inside is arranged slidably in the vertical direction, and an expansion space 24 is formed above. The piston 22 is fixed to the movable member 26, and is connected to the driving means (not shown) via the rod 26. A piston ring 27 is arranged between the outer circumference of the piston 22 and the cylinder 20.

【0020】前述の空間21は、可動部材25内に形成
された連通路28を介して常時蓄冷器23に連通してお
り、蓄冷器23は、ピストン22に形成された通路29
を介して膨張空間24に常時連通している。尚、GM冷
凍機11内には、ヘリウム等の作動流体(以下、ヘリウ
ムと称する。)が封入されている。
The space 21 described above is in constant communication with the regenerator 23 via a communication passage 28 formed in the movable member 25, and the regenerator 23 has a passage 29 formed in the piston 22.
Is always communicated with the expansion space 24 via. A working fluid such as helium (hereinafter referred to as helium) is enclosed in the GM refrigerator 11.

【0021】コンプレッサ16により圧縮された高温高
圧ヘリウムガスが冷却器17にて外部(例えば水)と熱
交換して冷却し、吐出弁18を開放すると、空間21に
供給される。このヘリウムガスは、連通路28を介して
蓄冷器23に導入され、蓄冷器23内で熱交換して更に
冷却し、通路29を介して膨張空間24に供給され、略
20Kの冷凍を発生する。
The high-temperature high-pressure helium gas compressed by the compressor 16 is cooled by exchanging heat with the outside (for example, water) in the cooler 17, and the discharge valve 18 is opened to be supplied to the space 21. This helium gas is introduced into the regenerator 23 via the communication passage 28, exchanges heat in the regenerator 23 to be further cooled, and is supplied to the expansion space 24 via the passage 29 to generate refrigeration of about 20K. .

【0022】前述の循環通路106の途中には、冷凍機
11の膨張空間24の周囲に位置するように熱交換器3
0が配設され、この熱交換器30には、冷凍搬送通路1
2及び熱搬送通路13が連通している。又、冷凍搬送通
路12及び熱搬送通路13は、冷却すべき物体15に熱
接触させた熱交換部31に連通している。尚、循環通路
106内には、ガス状ヘリウム等のガス状媒体(以下、
ガス状ヘリウムと称する。)が封入されている。ここ
で、冷凍機11で発生する冷凍が熱交換器30内を経由
するガス状ヘリウムに伝達され、冷凍搬送通路12によ
って熱交換部31まで搬送される。又、熱交換部31に
て冷却されたガス状ヘリウムが冷却すべき物体15から
熱を奪い、その熱が熱搬送通路13によって熱交換器3
0に搬送される。尚、ガス状ヘリウムは、冷凍機11内
のヘリウムガスと混合することはない。
In the middle of the circulation passage 106, the heat exchanger 3 is located so as to be located around the expansion space 24 of the refrigerator 11.
0 is disposed in the heat exchanger 30.
2 and the heat transfer passage 13 communicate with each other. Further, the freezing transfer passage 12 and the heat transfer passage 13 are in communication with the heat exchange section 31 which is in thermal contact with the object 15 to be cooled. In the circulation passage 106, a gaseous medium such as gaseous helium (hereinafter,
It is called gaseous helium. ) Is enclosed. Here, the refrigeration generated in the refrigerator 11 is transferred to the gaseous helium passing through the inside of the heat exchanger 30, and is transferred to the heat exchange section 31 by the freezing transfer passage 12. Further, the gaseous helium cooled in the heat exchange section 31 takes heat from the object 15 to be cooled, and the heat is transferred by the heat transfer passage 13 to the heat exchanger 3.
Transported to 0. The gaseous helium is not mixed with the helium gas in the refrigerator 11.

【0023】前述のポンプ手段14は、冷凍搬送通路1
2の途中に配設され、ガス状ヘリウムを冷凍搬送通路1
2から熱交換部31,熱搬送通路13及び熱交換器30
を介して再び冷凍搬送通路12(循環通路106)に循
環させるものである。
The above-mentioned pump means 14 is used for the freezing and conveying passage 1.
2 is provided in the middle of the passage 2, and the gaseous helium is used for the refrigerating and conveying passage 1.
2 to the heat exchange section 31, the heat transfer passage 13, and the heat exchanger 30
The liquid is circulated again in the freezing transfer passage 12 (circulation passage 106) via.

【0024】ポンプ手段14は、インペラ32を備えて
おり、インペラ32は、膨張空間24に対向するように
冷凍搬送通路12の途中に露呈している。ポンプ手段1
4のハウジング33内には、高周波モータ(モータ)3
4が配設され、シャフト35を介してファン32に連結
されている。
The pump means 14 is provided with an impeller 32, and the impeller 32 is exposed in the middle of the refrigerating and conveying passage 12 so as to face the expansion space 24. Pumping means 1
In the housing 33 of No. 4, the high frequency motor (motor) 3
4 is provided and is connected to the fan 32 via the shaft 35.

【0025】高周波モータ34の上下両端には、所定の
間隔をおいて2つの第1磁気軸受36,36’が配設さ
れ、高周波モータ34のラジアル方向の位置を規制して
いる。第1磁気軸受36は、磁性体の環状部材37とコ
イル部材38とから構成されている。環状部材37はシ
ャフト35の周りに固定され、コイル部材38は、所定
の間隔をおいて環状部材37の周りに配設され、環状部
材37を吸引可能になっている。尚、第1磁気軸受3
6’も同様に磁性体の環状部材37’とコイル部材3
8’とから構成されている。
Two first magnetic bearings 36, 36 'are arranged at predetermined intervals at the upper and lower ends of the high frequency motor 34 to regulate the position of the high frequency motor 34 in the radial direction. The first magnetic bearing 36 is composed of a magnetic annular member 37 and a coil member 38. The annular member 37 is fixed around the shaft 35, and the coil member 38 is arranged around the annular member 37 at a predetermined interval so that the annular member 37 can be sucked. The first magnetic bearing 3
Similarly, 6'is also an annular member 37 'of magnetic material and a coil member 3
8 '.

【0026】又、第1磁気軸受36の上方,第1磁気軸
受36’の下方には、所定の間隔をおいて夫々第2磁気
軸受39,39’が配設され、高周波モータ34の上下
方向の位置を規制している。第2磁気軸受39は、磁性
体の円盤40と2つのコイル部材41a,41bとから
構成されている。円盤40はシャフト35の周りに固定
され、コイル部材41a,41bは、所定の間隔をおい
て円盤40の上下両端に配設され、円盤40を吸引可能
になっている。尚、第2磁気軸受39’も同様に磁性体
の環状部材40’とコイル部材41a’,41b’とか
ら構成されている。
Further, second magnetic bearings 39, 39 'are arranged above the first magnetic bearing 36 and below the first magnetic bearing 36' at a predetermined interval, respectively, and the second magnetic bearings 39, 39 'are arranged in the vertical direction of the high-frequency motor 34. The position of is regulated. The second magnetic bearing 39 includes a magnetic disk 40 and two coil members 41a and 41b. The disk 40 is fixed around the shaft 35, and the coil members 41a and 41b are arranged at both upper and lower ends of the disk 40 at a predetermined interval so that the disk 40 can be sucked. The second magnetic bearing 39 'is also composed of a magnetic annular member 40' and coil members 41a 'and 41b'.

【0027】本発明の特徴部分であるモータ回転数制御
手段42は、温度調整器43aとインバータ42aとを
備えている。温度調整器43aは、冷凍搬送通路12内
を流れるガス状ヘリウムの温度T1,熱搬送通路13内
を流れるガス状ヘリウムの温度T2又は冷却すべき物体
15の温度T3を常時測定し、その測定結果をインバー
タ42aに伝達するものである。尚、詳しくは、温度T
1,T2,T3は、対応すべき箇所に取りつけられた測
定子(図示せず)により測定されている。
The motor rotation speed control means 42, which is a characteristic part of the present invention, comprises a temperature controller 43a and an inverter 42a. The temperature controller 43a constantly measures the temperature T1 of the gaseous helium flowing in the freezing transfer passage 12, the temperature T2 of the gaseous helium flowing in the heat transfer passage 13 or the temperature T3 of the object 15 to be cooled, and the measurement result. Is transmitted to the inverter 42a. In addition, in detail, the temperature T
1, T2, T3 are measured by a tracing stylus (not shown) attached to corresponding points.

【0028】インバータ42a内には、例えば図3に示
すように、温度とモータ34の回転数の最適値との関係
がメモリされている。ここで、図3は、ガス状ヘリウム
の質量1g〜5g,搬送距離10m,冷凍搬送通路12
の内径12mm及び熱搬送通路13の内径12mmの時
の冷凍搬送通路12内を流れるガス状ヘリウムの温度T
1とモータ34の回転数の最適値との関係を示してい
る。
In the inverter 42a, for example, as shown in FIG. 3, the relationship between the temperature and the optimum value of the rotation speed of the motor 34 is stored. Here, FIG. 3 shows that the mass of gaseous helium is 1 g to 5 g, the transport distance is 10 m, and the freezing transport passage 12 is
Temperature T of the gaseous helium flowing in the freezing and conveying passage 12 when the inner diameter of 12 mm and the inner diameter of the heat conveying passage 13 are 12 mm.
1 shows the relationship between 1 and the optimum value of the rotation speed of the motor 34.

【0029】インバータ42aは、温度調整器43aに
より測定された測定温度T1に基づいて高周波モータ3
4の回転数を制御し、冷凍搬送通路12内を流れるガス
状ヘリウムの温度T1が所定値(130K)以上の場合
には、モータ34を高速一定回転(48000rpm)
で回転させ、所定値より低くなるに伴いモータ34の回
転数を徐々に下げるようになっている。尚、インバータ
42aは、測定温度T2,T3に基づいて高周波モータ
34の回転数を制御するものでもよい。
The inverter 42a uses the high frequency motor 3 based on the measured temperature T1 measured by the temperature controller 43a.
When the temperature T1 of the gaseous helium flowing in the refrigerating and conveying passage 12 is equal to or higher than a predetermined value (130K), the motor 34 is rotated at a constant high speed (48000 rpm).
The rotation speed of the motor 34 is gradually reduced as the rotation speed becomes lower than a predetermined value. The inverter 42a may control the rotation speed of the high frequency motor 34 based on the measured temperatures T2 and T3.

【0030】熱交換器30の周りにはヒータ44が配設
され、温度調整器43aにより駆動される。通常冷却す
べき物体15は、冷凍機11で発生する冷凍温度まで冷
却する場合が多いが、冷却すべき物体15を冷凍温度よ
りも少し高い温度に冷却したい場合には、温度調整器4
3aによりヒータ44が駆動されるようになっている。
尚、ヒータ44は、例えば、冷凍搬送通路12,熱搬送
通路13等の周りに配設されてもよく、循環通路106
の周りならばどこに配設してもよい。
A heater 44 is arranged around the heat exchanger 30 and is driven by the temperature controller 43a. Usually, the object 15 to be cooled is often cooled to the freezing temperature generated in the refrigerator 11, but when it is desired to cool the object 15 to be cooled to a temperature slightly higher than the freezing temperature, the temperature controller 4
The heater 44 is driven by 3a.
The heater 44 may be arranged around the freezing transfer passage 12, the heat transfer passage 13 and the like, for example, and the circulation passage 106.
It may be arranged anywhere around the.

【0031】上記の如く構成された物体冷却装置10の
作動について説明する。尚、冷却すべき物体15を冷凍
機11で発生する冷凍温度まで冷却する場合について考
える。
The operation of the object cooling device 10 configured as described above will be described. Consider a case where the object 15 to be cooled is cooled to the freezing temperature generated in the refrigerator 11.

【0032】まず冷却すべき物体15を冷却するために
高周波モータ34によりインペラ32が回転してガス状
ヘリウムが冷凍搬送通路12〜熱交換部31〜熱搬送通
路13〜熱交換器30〜冷凍搬送通路12の循環回路1
06を循環する。ここで、熱交換器30にてガス状ヘリ
ウムが冷凍機11の膨張空間24内のヘリウムと熱交換
して冷却され、熱交換部31にてガス状ヘリウムが冷却
すべき物体15と熱交換して加熱される。従って、冷凍
が冷凍搬送通路12を介して冷却すべき物体15に搬送
されるので、冷却すべき物体15は冷却され始める。
First, in order to cool the object 15 to be cooled, the impeller 32 is rotated by the high-frequency motor 34 so that gaseous helium is transferred to the freezing transfer passage 12-heat exchange section 31-heat transfer passage 13-heat exchanger 30-freezing transfer. Circulation circuit 1 of passage 12
Circulate 06. Here, the gaseous helium exchanges heat with the helium in the expansion space 24 of the refrigerator 11 to be cooled in the heat exchanger 30, and the gaseous helium exchanges heat with the object 15 to be cooled in the heat exchange section 31. Is heated. Therefore, since the refrigeration is transferred to the object 15 to be cooled via the freezing transfer passage 12, the object 15 to be cooled starts to be cooled.

【0033】次に、温度調整器43aにより測定された
冷凍搬送通路12内を流れるガス状ヘリウムの温度T1
又は熱搬送通路13内を流れるガス状ヘリウムの温度T
2又は冷却すべき物体15の温度T3に基づいてインバ
ータ42aが温度T1,T2,T3が所定温度になるま
で高周波モータ34を高速で一定回転させ、その結果、
インペラ32が高速で一定回転する。これにより、循環
回路106内でのガス状ヘリウムの循環流量が多くな
り、冷却すべき物体15が所定値まで急速に冷却され
る。
Next, the temperature T1 of the gaseous helium flowing in the refrigerating and conveying passage 12 measured by the temperature controller 43a.
Alternatively, the temperature T of the gaseous helium flowing in the heat transfer passage 13
2 or the temperature T3 of the object 15 to be cooled, the inverter 42a rotates the high-frequency motor 34 at a constant speed until the temperatures T1, T2, T3 reach a predetermined temperature, and as a result,
The impeller 32 rotates constantly at high speed. As a result, the circulation flow rate of the gaseous helium in the circulation circuit 106 increases, and the object 15 to be cooled is rapidly cooled to a predetermined value.

【0034】冷凍搬送通路12内を流れるガス状ヘリウ
ムの温度T1又は熱搬送通路13内を流れるガス状ヘリ
ウムの温度T2又は冷却すべき物体T3の温度が所定値
より低くなるに伴い、インバータ42aにより高周波モ
ータ34の回転数を徐々に低下させ、その結果、インペ
ラ32の回転数も徐々に減少する。これにより、温度T
1,T2,T3が低下するに伴いガス状ヘリウムの循環
流量が徐々に少なくなり、最終的には冷却すべき物体1
5が目標温度まで冷却される。このように、冷却すべき
物体15が目標温度に近づくに連れてガス状ヘリウムの
循環流量が少なくなるので、インペラ32の仕事による
発熱が抑制されて発熱の影響でガス状ヘリウムの温度が
上昇することはなくなる。
As the temperature T1 of the gaseous helium flowing in the freezing transfer passage 12 or the temperature T2 of the gaseous helium flowing in the heat transfer passage 13 or the temperature of the object T3 to be cooled becomes lower than a predetermined value, the inverter 42a The rotation speed of the high frequency motor 34 is gradually decreased, and as a result, the rotation speed of the impeller 32 is also gradually decreased. As a result, the temperature T
As T1, T2 and T3 decrease, the circulation flow rate of gaseous helium gradually decreases, and finally the object 1 to be cooled
5 is cooled to the target temperature. As described above, the circulation flow rate of the gaseous helium decreases as the object 15 to be cooled approaches the target temperature, so that the heat generated by the work of the impeller 32 is suppressed, and the temperature of the gaseous helium rises due to the heat generation. Things will disappear.

【0035】このように、第1実施例においては、ガス
状媒体の温度T1,T2又は冷却すべき物体の温度T3
を常時測定する温度調整器43aと、その測定結果に基
づいてモータ34の回転数を制御するインバータ42a
とを設けたので、冷却すべき物体15を短時間で且つ確
実に目標温度まで冷却できる。
As described above, in the first embodiment, the temperatures T1 and T2 of the gaseous medium or the temperature T3 of the object to be cooled are set.
Temperature controller 43a that constantly measures the temperature, and an inverter 42a that controls the rotation speed of the motor 34 based on the measurement result.
Since the and are provided, the object 15 to be cooled can be surely cooled to the target temperature in a short time.

【0036】又、高周波モータ34を採用し且つ磁気軸
受39,39’を設けたので、モータ34が高速回転可
能になり、循環流量が増大する。その結果、ガス状ヘリ
ウムの低圧化(9atm以下)を図ることができる。
Further, since the high frequency motor 34 is adopted and the magnetic bearings 39 and 39 'are provided, the motor 34 can rotate at a high speed and the circulation flow rate increases. As a result, it is possible to reduce the pressure of the gaseous helium (9 atm or less).

【0037】又、熱交換器30の周りにヒータ44を設
け、ヒータ44を温度調整器43aにより制御したの
で、冷凍搬送通路12内のガス状ヘリウムの温度T1,
熱搬送通路13内のガス状ヘリウムの温度T2及び冷却
すべき物体15の温度T3が制御可能になる。
Further, since the heater 44 is provided around the heat exchanger 30 and the heater 44 is controlled by the temperature adjuster 43a, the temperature T1 of the gaseous helium in the refrigerating and conveying passage 12 is reduced.
The temperature T2 of the gaseous helium in the heat transfer passage 13 and the temperature T3 of the object 15 to be cooled can be controlled.

【0038】更に、GM冷凍機11を採用したので、装
置全体の低振動化及び長寿命化を図ることができる。
Further, since the GM refrigerator 11 is adopted, it is possible to reduce the vibration and extend the life of the entire apparatus.

【0039】次に、図2を参照して第2実施例について
説明する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.

【0040】図2は、本発明の第2実施例に係る物体冷
却装置の全体構成図である。尚、図1と同一な部分に
は、同一符号を付与した。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of an object cooling device according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0041】図2に示す物体冷却装置50は、2段のギ
フォードマクマホン冷凍機51(以下、GM冷凍機と称
する。)で発生する冷凍により冷却すべき物体15を冷
却するものである。物体冷却装置50は、GM冷凍機5
1と、循環通路107と、ポンプ手段14とを備えてい
る。
The object cooling device 50 shown in FIG. 2 cools the object 15 to be cooled by freezing generated in a two-stage Gifford McMahon refrigerator 51 (hereinafter referred to as GM refrigerator). The object cooling device 50 is the GM refrigerator 5.
1, a circulation passage 107, and pump means 14.

【0042】2段のGM冷凍機51は、所定温度(例え
ば略40K)の冷凍を発生する第1コールドヘッド10
8を有する第1冷凍部51aと、第1コールドヘッド1
08にて発生する冷凍温度よりも低い冷凍(例えば10
K)を発生する第2コールドヘッド109を有する第2
冷凍部51bとから構成されている。第1冷凍部51a
は、コンプレッサ54を備えており、その上流側は冷却
器55及び吐出弁56を介して大径シリンダ58内に形
成された空間59に連通可能になっており、下流側は、
吸入弁57を介して空間59に連通可能になっている。
大径シリンダ58内には、内部に第1蓄冷器61を有す
る段付状の大径ピストン60が上下方向に摺動可能に配
設され、上方にて第1膨張空間62を形成している。大
径ピストン60は、可動部材63に固着され、ロッド6
4を介して駆動手段(図示せず)に連結されるようにな
っている。尚、大径ピストン60の外周と大径シリンダ
58との間には、ピストンリング65が配設されてい
る。
The two-stage GM refrigerator 51 includes the first cold head 10 that produces refrigeration at a predetermined temperature (for example, about 40K).
First freezing part 51a having 8 and first cold head 1
Freezing lower than the freezing temperature generated at 08 (for example, 10
Second having a second cold head 109 for generating K)
It is composed of a freezing part 51b. First freezing section 51a
Includes a compressor 54, the upstream side of which can communicate with a space 59 formed in a large diameter cylinder 58 via a cooler 55 and a discharge valve 56, and the downstream side of
It is possible to communicate with the space 59 via the suction valve 57.
In the large-diameter cylinder 58, a stepped large-diameter piston 60 having a first regenerator 61 inside is slidably arranged in the vertical direction, and forms a first expansion space 62 at the upper side. . The large-diameter piston 60 is fixed to the movable member 63, and the rod 6
It is adapted to be connected to a driving means (not shown) via 4. A piston ring 65 is arranged between the outer circumference of the large diameter piston 60 and the large diameter cylinder 58.

【0043】前述の空間59は、可動部材63内に形成
された連通路66を介して常時第1蓄冷器61に連通し
ており、第1蓄冷器61は、大径ピストン60に形成さ
れた通路67を介して第1膨張空間62に常時連通して
いる。ここで、大径ピストン60の上部に溝68が形成
され、常時第1膨張空間62に連通している。尚、GM
冷凍機51内には、ヘリウム等の作動流体(以下、ヘリ
ウムと称する。)が封入されている。
The above-mentioned space 59 is always in communication with the first regenerator 61 via the communication passage 66 formed in the movable member 63, and the first regenerator 61 is formed in the large-diameter piston 60. It always communicates with the first expansion space 62 via the passage 67. Here, a groove 68 is formed in the upper portion of the large-diameter piston 60, and is in constant communication with the first expansion space 62. Incidentally, GM
A working fluid such as helium (hereinafter referred to as helium) is enclosed in the refrigerator 51.

【0044】コンプレッサ54により圧縮された高温高
圧ヘリウムガスが冷却器55にて外部(例えば水)と熱
交換して冷却し、吐出弁56を開放すると、空間59に
供給される。このヘリウムガスは、連通路66を介して
第1蓄冷器61に導入され、第1蓄冷器61内で熱が奪
われて冷却され、通路67を介して第1膨張空間62に
供給される。その結果、第1膨張空間62で例えば略4
0Kの冷凍が発生する。
The high-temperature high-pressure helium gas compressed by the compressor 54 is cooled by exchanging heat with the outside (for example, water) in the cooler 55, and when the discharge valve 56 is opened, it is supplied to the space 59. The helium gas is introduced into the first regenerator 61 via the communication passage 66, heat is removed from the first regenerator 61 to be cooled, and the helium gas is supplied to the first expansion space 62 via the passage 67. As a result, in the first expansion space 62, for example, approximately 4
0K freezing occurs.

【0045】第2冷凍部51bは、第1冷凍部51aの
大径シリンダ58よりも小径のシリンダ69を備えてお
り、小径シリンダ69内には、大径ピストン60よりも
小径のピストン70が図示上下方向に摺動自在に配設さ
れ、上方にて第2膨張空間72を形成している。小径ピ
ストン70の下端には、可動部材73が固定され、可動
部材73内には、常時溝68に連通する連通路75が形
成されている。尚、小径ピストン70と小径シリンダ6
9との間には、ピストンリング74が配設されている。
小径ピストン70内には、第2蓄冷器71が配設され、
第2蓄冷器71は、連通路75及び溝68を介して第1
膨張空間62に常時連通すると共にピストン70の上方
に形成された通路76を介して第2膨張空間72に常時
連通している。
The second freezing section 51b is provided with a cylinder 69 having a smaller diameter than the large diameter cylinder 58 of the first freezing section 51a, and a piston 70 having a smaller diameter than the large diameter piston 60 is shown in the small diameter cylinder 69. The second expansion space 72 is formed so as to be slidable in the vertical direction and above. A movable member 73 is fixed to the lower end of the small-diameter piston 70, and a communication passage 75 that is in constant communication with the groove 68 is formed in the movable member 73. The small diameter piston 70 and the small diameter cylinder 6
A piston ring 74 is disposed between the piston ring 74 and the shaft 9.
A second regenerator 71 is provided in the small-diameter piston 70,
The second regenerator 71 has a first passage through the communication passage 75 and the groove 68.
It is in constant communication with the expansion space 62 and is in constant communication with the second expansion space 72 via a passage 76 formed above the piston 70.

【0046】第1膨張空間62内のヘリウムは、溝68
及び連通路75を介して第2蓄冷器71に導入され、第
2蓄冷器71内で熱が奪われて更に冷却されて通路76
を介して第2膨張空間72に供給される。その結果、第
2膨張空間72で例えば略10Kの冷凍が発生する。
Helium in the first expansion space 62 is absorbed by the groove 68.
And is introduced into the second regenerator 71 via the communication passage 75, and heat is taken away in the second regenerator 71 to be further cooled and the passage 76
Is supplied to the second expansion space 72 via. As a result, freezing of, for example, approximately 10K occurs in the second expansion space 72.

【0047】前述の循環通路107は、冷凍搬送通路5
2,熱交換部31,熱搬送通路53,第1熱交換器7
7,通路79及び第2熱交換器78から構成されてい
る。第1熱交換器77は第1コールドヘッド108に熱
接触し、第2熱交換器78は第2コールドヘッド109
に熱接触している。第1熱交換器77は、通路79を介
して第2熱交換器78に連通しており、第2熱交換器7
8は、冷凍搬送通路52を介して冷却すべき物体15に
熱接触させた熱交換部31に連通しており、熱交換部3
1は、熱搬送通路53に連通している。尚、冷凍搬送通
路52の途中には、第1実施例と同一のポンプ手段14
が配設されている。熱搬送通路53は、第1通路(電磁
弁上流側に位置する通路)53a,第2通路53b及び
第3通路53cから構成されている。第1通路53a
は、分岐部100を介して第2通路53bと第3通路5
3cとに分岐している。第2通路53bは、第1熱交換
器77と連通しており、第3通路53cは、第2熱交換
器78と連通している。尚、循環通路107内には、ガ
ス状ヘリウム等のガス状媒体(以下、ガス状ヘリウムと
称する。)が封入されている。
The circulation passage 107 is used as the freezing and conveying passage 5.
2, heat exchange section 31, heat transfer passage 53, first heat exchanger 7
7, a passage 79 and a second heat exchanger 78. The first heat exchanger 77 is in thermal contact with the first cold head 108, and the second heat exchanger 78 is in contact with the second cold head 109.
Is in thermal contact with. The first heat exchanger 77 communicates with the second heat exchanger 78 via the passage 79, and the second heat exchanger 7
8 communicates with the heat exchange section 31 that is in thermal contact with the object 15 to be cooled via the freezing and conveying passage 52, and the heat exchange section 3
1 communicates with the heat transfer passage 53. In addition, in the middle of the freezing and conveying passage 52, the same pump means 14 as in the first embodiment is used.
Is provided. The heat transfer passage 53 is composed of a first passage (a passage located upstream of the solenoid valve) 53a, a second passage 53b, and a third passage 53c. First passage 53a
The second passage 53b and the third passage 5 through the branch portion 100.
It branches to 3c. The second passage 53b communicates with the first heat exchanger 77, and the third passage 53c communicates with the second heat exchanger 78. A gaseous medium such as gaseous helium (hereinafter referred to as gaseous helium) is enclosed in the circulation passage 107.

【0048】分岐部100には、通路切換弁(電磁弁)
101が配設され、この切換弁101は制御手段105
aにより制御される。切換弁101は、図示上下方向に
移動可能な弁体102を備えており、弁体102が第1
弁座103に着座している時には、第1通路53aが第
2通路53bと連通し、弁体102が第2弁座104に
着座している時には、第1通路53aが第3通路53c
と連通するようになっている。尚、第2通路53b,第
3通路53cの内何れかの一方の通路が第1通路53a
と連通している時は、他方の通路と第1通路53aとの
連通が遮断されている。
The branch portion 100 has a passage switching valve (solenoid valve).
101 is arranged, and this switching valve 101 is a control means 105.
controlled by a. The switching valve 101 includes a valve body 102 that is movable in the vertical direction in the drawing, and the valve body 102 is the first
When seated on the valve seat 103, the first passage 53a communicates with the second passage 53b, and when the valve body 102 is seated on the second valve seat 104, the first passage 53a moves to the third passage 53c.
It is designed to communicate with. Either one of the second passage 53b and the third passage 53c is the first passage 53a.
When communicating with the other passage, the communication between the other passage and the first passage 53a is blocked.

【0049】第2実施例におけるモータ回転数制御手段
105は、前述の制御手段105aと、インバータ42
aとから構成されている。制御手段105aは、冷凍搬
送通路52内を流れるガス状ヘリウムの温度T1’又は
熱搬送通路53内を流れるガス状ヘリウムの温度T2’
又は冷却すべき物体15の温度T3’を常時測定し、そ
の情報をインバータ42aに伝達するものである。又、
制御手段105aは、冷凍搬送通路52内を流れるガス
状ヘリウムの温度T1’又は熱搬送通路53内を流れる
ガス状ヘリウムの温度T2’又は冷却すべき物体15の
温度T3’の測定結果に基づいて前述の切換弁101を
開閉制御するようになっている。つまり、ガス状ヘリウ
ムの温度T1’(又はT2’)又は冷却すべき物体15
の温度T3’が第1コールドヘッド108の冷凍温度以
上の場合には、切換弁101の弁体102を第1弁座1
03に着座せしめ、第1コールドヘッド108の冷凍温
度より低くなると、弁体102を第2弁座104に着座
せしめる。ここで、制御手段105aは、必ずしもモー
タ回転数制御手段105内に設ける必要はなく、外部に
設けてもよい。尚、インバータ42aは、第1実施例の
ものと同一構成及び機能であるので、その説明は省略す
る。
The motor rotation speed control means 105 in the second embodiment includes the above-mentioned control means 105a and the inverter 42.
and a. The control means 105a controls the temperature T1 ′ of the gaseous helium flowing in the freezing transfer passage 52 or the temperature T2 ′ of the gaseous helium flowing in the heat transfer passage 53.
Alternatively, the temperature T3 'of the object 15 to be cooled is constantly measured and the information is transmitted to the inverter 42a. or,
The control means 105a is based on the measurement result of the temperature T1 ′ of the gaseous helium flowing in the freezing transfer passage 52, the temperature T2 ′ of the gaseous helium flowing in the heat transfer passage 53, or the temperature T3 ′ of the object 15 to be cooled. The switching valve 101 described above is controlled to open and close. That is, the temperature T1 ′ (or T2 ′) of gaseous helium or the object 15 to be cooled
If the temperature T3 ′ of the first cold head 108 is equal to or higher than the freezing temperature of the first cold head 108, the valve body 102 of the switching valve 101 is moved to the first valve seat 1
03, and when the freezing temperature of the first cold head 108 becomes lower than that of the first cold head 108, the valve element 102 is seated on the second valve seat 104. Here, the control means 105a does not necessarily have to be provided inside the motor rotation speed control means 105, and may be provided outside. Since the inverter 42a has the same structure and function as those of the first embodiment, its description is omitted.

【0050】尚、循環通路107の周りに第1実施例と
同様なヒータを配設してもよい。
A heater similar to that of the first embodiment may be arranged around the circulation passage 107.

【0051】上記の如く構成された物体冷却装置50の
作動について説明する。尚、冷却すべき物体15を第2
冷凍機51bで発生する冷凍温度まで冷却する場合につ
いて考える。
The operation of the object cooling device 50 configured as described above will be described. The object 15 to be cooled is
Consider a case where the refrigerator 51b is cooled to the freezing temperature.

【0052】まず冷却すべき物体15を冷却するために
高周波モータ34によりインペラ32が回転する。この
時、制御手段105aにより切換弁101の弁体102
が第1弁座103に着座しているので、ガス状ヘリウム
が冷凍搬送通路52〜熱交換部31〜熱搬送通路53の
第1通路53a〜熱搬送通路53の第2通路53b〜第
1熱交換器77〜通路79〜第2熱交換器78〜冷凍搬
送通路52と循環する。ここで、第1熱交換器77にて
ガス状ヘリウムが第1冷凍機51aの膨張空間62内の
ヘリウムと熱交換して冷却され、熱交換部31にてガス
状ヘリウムが冷却すべき物体15と熱交換して加熱され
る。従って、冷凍が冷凍搬送通路52を介して冷却すべ
き物体15に搬送されるので、冷却すべき物体15は冷
却され始める。
First, the impeller 32 is rotated by the high frequency motor 34 in order to cool the object 15 to be cooled. At this time, the valve body 102 of the switching valve 101 is controlled by the control means 105a.
Is seated on the first valve seat 103, so that the gaseous helium is transferred to the freezing transfer passage 52 to the heat exchange section 31 to the first passage 53a of the heat transfer passage 53 to the second passage 53b of the heat transfer passage 53 to the first heat. It circulates through the exchanger 77-passage 79-second heat exchanger 78-freezing transfer passage 52. Here, the gaseous helium is cooled by exchanging heat with the helium in the expansion space 62 of the first refrigerator 51a in the first heat exchanger 77, and the object 15 to be cooled by the gaseous helium in the heat exchange unit 31. It is heated by exchanging heat with. Therefore, since the freezing is conveyed to the object 15 to be cooled via the freezing transfer passage 52, the object 15 to be cooled starts to be cooled.

【0053】次に、制御手段105aが冷凍搬送通路5
2内を流れるガス状ヘリウムの温度T1’又は熱搬送通
路53内を流れるガス状ヘリウムの温度T2’又は冷却
すべき物体の温度T3’の測定結果に基づいて温度T
1’,T2’,T3’が所定温度になるまで高周波モー
タ34を高速で一定回転させ、その結果、インペラ32
が高速で一定回転する。これにより、循環回路107内
でのガス状ヘリウムの循環流量が多くなり、冷却すべき
物体15が所定値まで急速に冷却される。
Next, the control means 105a causes the freezing transfer passage 5 to operate.
2 based on the measurement result of the temperature T1 'of the gaseous helium flowing in 2 or the temperature T2' of the gaseous helium flowing in the heat transfer passage 53 or the temperature T3 'of the object to be cooled.
The high frequency motor 34 is rotated at a constant speed at a high speed until 1 ′, T2 ′, T3 ′ reach a predetermined temperature, and as a result, the impeller 32 is rotated.
Rotates constantly at high speed. As a result, the circulation flow rate of the gaseous helium in the circulation circuit 107 increases, and the object 15 to be cooled is rapidly cooled to a predetermined value.

【0054】温度T1’,T2’,T3’が所定値より
低くなるに伴い、インバータ42aにより高周波モータ
34の回転数が徐々に減少し、インペラ32の回転数も
徐々に減少する。これにより、温度T1’,T2’,T
3’が低下するに伴いガス状ヘリウムの循環流量が徐々
に少なくなり、最終的には冷却すべき物体15が目標温
度まで冷却される。このように、冷却すべき物体15が
目標温度に近づくに連れてガス状ヘリウムの循環流量が
少なくなるので、インペラ32の仕事による発熱が抑制
されて発熱の影響でガス状ヘリウムの温度が上昇するこ
とはなくなる。
As the temperatures T1 ', T2', T3 'become lower than a predetermined value, the rotation speed of the high frequency motor 34 is gradually decreased by the inverter 42a, and the rotation speed of the impeller 32 is also gradually decreased. As a result, the temperatures T1 ′, T2 ′, T
As 3 ′ decreases, the circulation flow rate of gaseous helium gradually decreases, and finally the object 15 to be cooled is cooled to the target temperature. As described above, the circulation flow rate of the gaseous helium decreases as the object 15 to be cooled approaches the target temperature, so that the heat generated by the work of the impeller 32 is suppressed, and the temperature of the gaseous helium rises due to the heat generation. Things will disappear.

【0055】このように、ガス状ヘリウムの温度に応じ
てモータ34の回転数を制御する制御手段105を設け
たので、冷却すべき物体15を短時間で且つ確実に目標
温度まで冷却できる。
Since the control means 105 for controlling the rotation speed of the motor 34 according to the temperature of the gaseous helium is provided in this manner, the object 15 to be cooled can be cooled to the target temperature reliably in a short time.

【0056】ここで、ガス状ヘリウムの温度T1’,T
2’又は冷却すべき物体15の温度が第1コールドヘッ
ド108の冷凍温度以上の場合には、制御手段105a
により切換弁101の弁体102が第1弁座103に着
座するので、熱搬送通路53の第1通路53a内のガス
状ヘリウムは、第2通路53bを介して第1熱交換器7
7に導入され、第1コールドヘッド108の冷凍と熱交
換して冷却する。従って、冷却すべき物体15は、第1
コールドヘッド108の冷凍温度まで急速に冷却され
る。
Here, the temperatures T1 ', T of the gaseous helium are
2'or the temperature of the object 15 to be cooled is equal to or higher than the freezing temperature of the first cold head 108, the control means 105a.
As a result, the valve body 102 of the switching valve 101 is seated on the first valve seat 103, so that the gaseous helium in the first passage 53a of the heat transfer passage 53 passes through the second passage 53b to the first heat exchanger 7.
Introduced in FIG. 7, heat exchange with the freezing of the first cold head 108 to cool it. Therefore, the object 15 to be cooled is
It is rapidly cooled to the freezing temperature of the cold head 108.

【0057】一方、ガス状ヘリウムの温度T1’,T
2’又は冷却すべき物体15の温度が第1コールドヘッ
ド108の冷凍温度より低くなると、制御手段105a
により切換弁101の弁体102が第2弁座104に着
座するので、熱搬送通路53の第1通路53a内のガス
状ヘリウムは、第2通路53cを介して第2熱交換器7
7に導入され、第2コールドヘッド109の冷凍(略1
0K)と熱交換して冷却する。この時、熱搬送通路53
の第1通路53a内のガス状ヘリウムは、第1熱交換器
77に導入されないので、ガス状ヘリウムが温度上昇す
ることなく冷却すべき物体15の冷却能力が向上する。
On the other hand, the temperatures T1 ', T of the gaseous helium are
2'or the temperature of the object 15 to be cooled becomes lower than the freezing temperature of the first cold head 108, the control means 105a.
As a result, the valve body 102 of the switching valve 101 is seated on the second valve seat 104, so that the gaseous helium in the first passage 53a of the heat transfer passage 53 passes through the second passage 53c to the second heat exchanger 7
7, the second cold head 109 is frozen (approximately 1
It is cooled by exchanging heat with 0K). At this time, the heat transfer passage 53
Since the gaseous helium in the first passage 53a is not introduced into the first heat exchanger 77, the cooling capacity of the object 15 to be cooled is improved without the temperature of the gaseous helium rising.

【0058】このように、第2実施例においては、2段
の冷凍機を用い、ガス状ヘリウムを第1冷凍部51aの
第1コールドヘッド108又は第2冷凍部51bの第2
コールドヘッド109の少なくとも一方で発生する冷凍
と選択的に熱交換させたので、冷却すべき物体15を短
時間で且つ効率良く冷却することが可能になる。
As described above, in the second embodiment, a two-stage refrigerator is used to supply gaseous helium to the first cold head 108 of the first freezing section 51a or the second cold section of the second freezing section 51b.
Since heat is selectively exchanged with the refrigeration generated in at least one of the cold heads 109, the object 15 to be cooled can be efficiently cooled in a short time.

【0059】尚、第1及び第2実施例においては、GM
冷凍機を採用しているが、本発明においてはこれに限定
される必要は全くなく、冷凍を発生する冷凍機(例え
ば、スターリング冷凍機,パルス管冷凍機等)であれば
何でもよい。
In the first and second embodiments, GM
Although a refrigerator is adopted, the present invention is not limited to this, and any refrigerator that generates refrigeration (for example, Stirling refrigerator, pulse tube refrigerator, etc.) may be used.

【0060】[0060]

【発明の効果】請求項1の発明は、以下の如く効果を有
する。
The invention of claim 1 has the following effects.

【0061】冷却すべき物体を短時間で且つ確実に目標
温度まで冷却できる。
The object to be cooled can be surely cooled to the target temperature in a short time.

【0062】請求項2の発明は、以下の如く効果を有す
る。
The invention of claim 2 has the following effects.

【0063】冷却すべき物体を更に短時間で且つ効率良
く冷却することが可能になる。
It becomes possible to efficiently cool the object to be cooled in a shorter time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施例に係る物体冷却装置の全体構成図で
ある。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an object cooling device according to a first embodiment.

【図2】第2実施例に係る物体冷却装置の全体構成図で
ある。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of an object cooling device according to a second embodiment.

【図3】第1実施例に係る冷凍搬送通路内のガス状ヘリ
ウムの温度とモータ回転数の最適値との関係を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of gaseous helium in the refrigerating and conveying passage and the optimum value of the motor rotation speed according to the first embodiment.

【図4】従来技術に係る物体冷却装置の全体構成図であ
る。
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a conventional object cooling device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10.50 物体冷却装置 11,51 ギフォードマクマホン冷凍機(冷凍機) 14 ポンプ手段 15 冷却すべき物体 32 インペラ 34 高周波モータ(モータ) 42a インバータ 43a 温度調整器 42,105 モータ回転数制御手段 51 冷凍機 51a 第1冷凍部 51b 第2冷凍部 52 冷凍搬送通路 53 熱搬送通路 77 第1熱交換器 78 第2熱交換器 102 通路切換弁(電磁弁) 105a 制御手段 106,107 循環通路 108 第1コールドヘッド 109 第2コールドヘッド 10.50 Object cooling device 11,51 Gifford McMahon refrigerator (refrigerator) 14 Pump means 15 Object to be cooled 32 Impeller 34 High frequency motor (motor) 42a Inverter 43a Temperature controller 42,105 Motor rotation speed control means 51 Refrigerator 51a 1st freezing part 51b 2nd freezing part 52 Freezing transfer passage 53 Heat transfer passage 77 First heat exchanger 78 Second heat exchanger 102 Passage switching valve (solenoid valve) 105a Control means 106, 107 Circulation passage 108 First cold Head 109 2nd cold head

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 冷凍機と、 一部分で前記冷凍機と熱接触し且つ他部分で冷却すべき
物体と熱接触するように前記冷凍機と前記冷却すべき物
体とを繋ぎ、内部にガス状媒体が封入される循環通路
と、 前記循環通路の途中に配設されたインペラと、前記イン
ペラを駆動するモータとを有し、前記ガス状媒体を前記
循環通路内に循環させるポンプ手段とを備えた物体冷却
装置において、 前記ガス状媒体の温度又は前記冷却すべき物体の温度を
常時測定し、その測定結果に基づいて前記モータの回転
数を制御するモータ回転数制御手段とを備え、 前記モータ回転数制御手段は、前記ガス状媒体の温度又
は前記冷却すべき物体の温度が所定値以上の場合には、
前記モータを高速一定回転で回転させ、所定値より低く
なるに伴い前記モータの回転数を徐々に下げることを特
徴とする物体冷却装置。
1. A refrigerating machine is connected to the refrigerating machine such that one part is in thermal contact with the refrigerating machine and the other part is in thermal contact with an object to be cooled, and a gaseous medium is contained therein. And a pump means for circulating the gaseous medium in the circulation passage, and a circulation passage in which the gas is enclosed, an impeller disposed in the middle of the circulation passage, and a motor for driving the impeller. In the object cooling device, the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is constantly measured, and a motor rotation speed control unit that controls the rotation speed of the motor based on the measurement result is provided. The number control means, when the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is a predetermined value or more,
An object cooling device characterized in that the motor is rotated at a constant speed at a high speed, and the rotational speed of the motor is gradually reduced as the motor speed becomes lower than a predetermined value.
【請求項2】 所定温度の冷凍を発生する第1コールド
ヘッドを有する第1冷凍部と、前記第1コールドヘッド
にて発生する冷凍温度よりも低い冷凍を発生する第2コ
ールドヘッドを有する第2冷凍部とから成る2段冷凍機
と、 前記第1コールドヘッドと熱接触する第1熱交換器と、
前記第2コールドヘッドと熱接触する第2熱交換器と、
前記2段冷凍機にて発生する冷凍を冷却すべき物体に搬
送する冷凍搬送通路と、前記冷凍搬送通路に常時連通し
前記冷却すべき物体が放出する熱を前記2段冷凍機に搬
送する熱搬送通路とを有し、内部にガス状媒体が封入さ
れた循環通路と、 前記循環通路の途中に配設されたインペラと、前記イン
ペラを駆動するモータとを有し、前記ガス状媒体を前記
循環通路内に循環させるポンプ手段と、 前記熱搬送通路の途中に配設された電磁弁と、 前記循環通路内のガス状媒体の温度又は前記冷却すべき
物体の温度を常時測定し、その測定結果に基づいて前記
ガス状媒体の温度又は前記冷却すべき物体の温度が前記
第1コールドヘッドの冷凍温度以上の場合には、前記熱
搬送通路の前記電磁弁上流側に位置する通路を前記第1
熱交換器に連通させるように前記電磁弁を駆動し、前記
第1コールドヘッドの冷凍温度より低い場合に前記熱搬
送通路の前記電磁弁上流側に位置する通路を前記第2熱
交換器に連通させるように前記電磁弁を駆動する制御手
段とを備えたことを特徴とする物体冷却装置。
2. A first freezing section having a first cold head for generating freezing at a predetermined temperature, and a second freezing section having a second cold head for generating a freezing temperature lower than the freezing temperature generated by the first cold head. A two-stage refrigerator comprising a refrigerating section, a first heat exchanger in thermal contact with the first cold head,
A second heat exchanger in thermal contact with the second cold head;
A freezing transfer passage for transferring the refrigeration generated in the two-stage refrigerator to the object to be cooled, and a heat for communicating the heat released from the object to be cooled to the two-stage refrigerator, which is always in communication with the freezing transfer passage. A circulation passage having a transfer passage and having a gaseous medium sealed therein, an impeller arranged in the middle of the circulation passage, and a motor for driving the impeller. Pump means for circulating in the circulation passage, a solenoid valve arranged in the middle of the heat transfer passage, and the temperature of the gaseous medium in the circulation passage or the temperature of the object to be cooled is constantly measured and measured. On the basis of the result, when the temperature of the gaseous medium or the temperature of the object to be cooled is equal to or higher than the freezing temperature of the first cold head, the passage located on the upstream side of the electromagnetic valve of the heat transfer passage is set to the first passage. 1
The electromagnetic valve is driven so as to communicate with the heat exchanger, and when the temperature is lower than the freezing temperature of the first cold head, a passage located upstream of the electromagnetic valve in the heat transfer passage is communicated with the second heat exchanger. An object cooling device, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007240035A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Tokyo Electron Ltd Cooling/heating device and mounting device
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