JPH09303897A - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
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- JPH09303897A JPH09303897A JP11606496A JP11606496A JPH09303897A JP H09303897 A JPH09303897 A JP H09303897A JP 11606496 A JP11606496 A JP 11606496A JP 11606496 A JP11606496 A JP 11606496A JP H09303897 A JPH09303897 A JP H09303897A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱交換器およびヒートステーションの熱交換
能力の変化に応じてJ-T回路の流量や流速をきめ細か
に制御する。 【解決手段】 周波数パターン格納部56には、J-T
リターン圧が低圧保護スイッチ動作圧より低下せず、且
つ、各J-T熱交換器43,46,49やヒートステーシ
ョン45,48における熱交換能力が最大に発揮できる
ように設定された周波数パターンが格納される。タイマ
57は、クールダウン開始からの経過時間を計時する。
圧縮機回転制御部55は、クールダウン運転時には、タ
イマ57からの計時信号に基づいて周波数パターン格納
部56から読み出した回転制御周波数に従って、高段圧
縮機40の回転数を制御してJ-T回路32の流量を制
御する。こうして、J-T熱交換器およびヒートステー
ションの熱交換能力の変化に応じてきめ細かくJ-T回
路32の流量制御を行ってクールダウン時間を大幅に短
縮する。
能力の変化に応じてJ-T回路の流量や流速をきめ細か
に制御する。 【解決手段】 周波数パターン格納部56には、J-T
リターン圧が低圧保護スイッチ動作圧より低下せず、且
つ、各J-T熱交換器43,46,49やヒートステーシ
ョン45,48における熱交換能力が最大に発揮できる
ように設定された周波数パターンが格納される。タイマ
57は、クールダウン開始からの経過時間を計時する。
圧縮機回転制御部55は、クールダウン運転時には、タ
イマ57からの計時信号に基づいて周波数パターン格納
部56から読み出した回転制御周波数に従って、高段圧
縮機40の回転数を制御してJ-T回路32の流量を制
御する。こうして、J-T熱交換器およびヒートステー
ションの熱交換能力の変化に応じてきめ細かくJ-T回
路32の流量制御を行ってクールダウン時間を大幅に短
縮する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ヘリウム等を用
いて極低温を得る極低温冷凍装置に関する。
いて極低温を得る極低温冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ヘリウムを用いた極低温冷凍装置とし
て、図4に示すようなものがある(特開昭61−235
650号公報)。このヘリウム冷凍装置は、予冷冷凍回
路1とジュールトムソン回路(以下、J-T回路と略称す
る)2とによって概略構成されている。
て、図4に示すようなものがある(特開昭61−235
650号公報)。このヘリウム冷凍装置は、予冷冷凍回
路1とジュールトムソン回路(以下、J-T回路と略称す
る)2とによって概略構成されている。
【0003】上記予冷冷凍回路1は、予冷用のヘリウム
ガスを圧縮する予冷用圧縮機3,油分離器4,吸着器5,
膨張機6およびサージボトル7を順次冷媒ガス管で接続
して構成されている。一方、J-T回路2は、低段圧縮
機8,油分離器9,高段圧縮機10,油分離器11,吸着器
12,第1ジュールトムソン熱交換器(以下、J-T熱交
換器と略称する)13,吸着器14,第1ヒートステーシ
ョン15,第2J-T熱交換器16,吸着器17,第2ヒー
トステーション18,第3J-T熱交換器19,吸着器2
0,ジュールトムソン弁(以下、J-T弁と略称する)2
1,冷却機22,第3J-T熱交換器19,第2J-T熱交
換器16および第1J-T熱交換器13を順次冷媒ガス
管で連通して構成されている。
ガスを圧縮する予冷用圧縮機3,油分離器4,吸着器5,
膨張機6およびサージボトル7を順次冷媒ガス管で接続
して構成されている。一方、J-T回路2は、低段圧縮
機8,油分離器9,高段圧縮機10,油分離器11,吸着器
12,第1ジュールトムソン熱交換器(以下、J-T熱交
換器と略称する)13,吸着器14,第1ヒートステーシ
ョン15,第2J-T熱交換器16,吸着器17,第2ヒー
トステーション18,第3J-T熱交換器19,吸着器2
0,ジュールトムソン弁(以下、J-T弁と略称する)2
1,冷却機22,第3J-T熱交換器19,第2J-T熱交
換器16および第1J-T熱交換器13を順次冷媒ガス
管で連通して構成されている。
【0004】上記J-T回路2における高圧冷媒ガス管
23と低圧冷媒ガス管24との間には、絞り機構として
作用するキャピラリチューブ25と開閉弁として機能す
る電動弁26とが直列に介設されたバイパス回路27が
付設されている。
23と低圧冷媒ガス管24との間には、絞り機構として
作用するキャピラリチューブ25と開閉弁として機能す
る電動弁26とが直列に介設されたバイパス回路27が
付設されている。
【0005】上記構成のヘリウム冷凍装置は、運転開始
から定常運転に至るクールダウン運転に際しては、バイ
パス回路27の電動弁26が開放される。その際に、J
-T弁21の開度が定常運転レベル(例えば、4.2Kレ
ベル)の開度に絞られてその開度に保たれている。その
ために、高段圧縮機10から吐出されたヘリウムガスの
大部分がバイパス回路27を通って低段圧縮機8に吸入
され、J-T弁21を通過するヘリウムガスは残りの一
部となる。
から定常運転に至るクールダウン運転に際しては、バイ
パス回路27の電動弁26が開放される。その際に、J
-T弁21の開度が定常運転レベル(例えば、4.2Kレ
ベル)の開度に絞られてその開度に保たれている。その
ために、高段圧縮機10から吐出されたヘリウムガスの
大部分がバイパス回路27を通って低段圧縮機8に吸入
され、J-T弁21を通過するヘリウムガスは残りの一
部となる。
【0006】こうしてクールダウン運転が実行される
と、高段圧縮機10からの高圧ヘリウムガスは、第1,
第2ヒートステーション15,18で冷却され、第1〜
第3J-T熱交換器13,16,19およびJ-T弁21前
のヘリウムガス温度も徐々に低下する。こうして、ヘリ
ウムガス温度が低下すると当然ヘリウムガスの密度が大
きくなり、J-T弁21を通過するヘリウムガス量が徐
々に増加し、逆にバイパス回路27のバイパス量が減少
する。そして、J-T弁21後のヘリウム温度が定常運
転レベルである4.2Kに近づくと、バイパス回路27
の電動弁26が閉鎖される。以後は、上記高段圧縮機1
0からのヘリウムガスの総てがJ-T弁21を通過して
4.2Kのヘリウム液化温度が得られるのである。
と、高段圧縮機10からの高圧ヘリウムガスは、第1,
第2ヒートステーション15,18で冷却され、第1〜
第3J-T熱交換器13,16,19およびJ-T弁21前
のヘリウムガス温度も徐々に低下する。こうして、ヘリ
ウムガス温度が低下すると当然ヘリウムガスの密度が大
きくなり、J-T弁21を通過するヘリウムガス量が徐
々に増加し、逆にバイパス回路27のバイパス量が減少
する。そして、J-T弁21後のヘリウム温度が定常運
転レベルである4.2Kに近づくと、バイパス回路27
の電動弁26が閉鎖される。以後は、上記高段圧縮機1
0からのヘリウムガスの総てがJ-T弁21を通過して
4.2Kのヘリウム液化温度が得られるのである。
【0007】こうして、運転開始時のヘリウム容積循環
量の増加に起因するJ-T弁21のマニュアル開度調整
の必要性を排除している。
量の増加に起因するJ-T弁21のマニュアル開度調整
の必要性を排除している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のヘリウム冷凍機においては、バイパス回路27のバ
イパス量を電動弁26によって単にオン/オフ制御して
いるだけである。したがって、第1〜第3J-T熱交換
器13,16,19および第1,第2ヒートステーション
15,18の熱交換能力の変化に応じてJ-T弁21の流
量や流速をきめ細かに制御できないという問題がある。
来のヘリウム冷凍機においては、バイパス回路27のバ
イパス量を電動弁26によって単にオン/オフ制御して
いるだけである。したがって、第1〜第3J-T熱交換
器13,16,19および第1,第2ヒートステーション
15,18の熱交換能力の変化に応じてJ-T弁21の流
量や流速をきめ細かに制御できないという問題がある。
【0009】そこで、この発明の目的は、熱交換器およ
びヒートステーションの熱交換能力の変化に応じてJ-
T回路の流量や流速をきめ細かに制御できる極低温冷凍
装置を提供することにある。
びヒートステーションの熱交換能力の変化に応じてJ-
T回路の流量や流速をきめ細かに制御できる極低温冷凍
装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る発明は、J-T回路とこのJ-T回路
を流れる冷媒ガスを冷却する予冷冷凍回路とを有する極
低温冷凍装置において、上記J-T回路における圧縮機
へのリターン圧が所定圧以下に低下しないように,且つ,
上記J-T回路を構成する熱交換器およびヒートステー
ションの熱交換能力が最大に引き出されるように設定さ
れた,上記圧縮機の回転制御周波数の変化パターンを格
納した周波数パターン格納部と、上記周波数パターン格
納部に格納された周波数パターンに基づいて,上記圧縮
機の回転数を制御する圧縮機回転制御部を備えたことを
特徴としている。
め、請求項1に係る発明は、J-T回路とこのJ-T回路
を流れる冷媒ガスを冷却する予冷冷凍回路とを有する極
低温冷凍装置において、上記J-T回路における圧縮機
へのリターン圧が所定圧以下に低下しないように,且つ,
上記J-T回路を構成する熱交換器およびヒートステー
ションの熱交換能力が最大に引き出されるように設定さ
れた,上記圧縮機の回転制御周波数の変化パターンを格
納した周波数パターン格納部と、上記周波数パターン格
納部に格納された周波数パターンに基づいて,上記圧縮
機の回転数を制御する圧縮機回転制御部を備えたことを
特徴としている。
【0011】上記構成によれば、周波数パターン格納部
に格納された周波数パターンに基づいて、J-T回路に
おける圧縮機の回転数が、上記圧縮機へのリターン圧が
所定圧以下に低下しないように、且つ、上記J-T回路
を構成する熱交換器およびヒートステーションにおける
熱交換能力が最大に引き出されるように制御される。こ
うして、上記熱交換およびヒートステーションの熱交換
能力の変化に応じて上記J-T回路の流量や流速が最適
に制御される。
に格納された周波数パターンに基づいて、J-T回路に
おける圧縮機の回転数が、上記圧縮機へのリターン圧が
所定圧以下に低下しないように、且つ、上記J-T回路
を構成する熱交換器およびヒートステーションにおける
熱交換能力が最大に引き出されるように制御される。こ
うして、上記熱交換およびヒートステーションの熱交換
能力の変化に応じて上記J-T回路の流量や流速が最適
に制御される。
【0012】また、請求項2に係る発明は、請求項1に
かかる発明の極低温冷凍装置において、クールダウン運
転開始後の経過時間を計時して計時信号を出力する計時
部を備えると共に、上記周波数パターン格納部に格納さ
れる周波数パターンはクールダウン運転時における経過
時間に対する回転制御周波数の変化パターンであり、上
記圧縮機回転制御部は、上記計時部からの計時信号に基
づいて、上記周波数パターンを参照して求めた回転制御
周波数に従って、クールダウン運転時における上記圧縮
機の回転数を制御するようになっていることを特徴とし
ている。
かかる発明の極低温冷凍装置において、クールダウン運
転開始後の経過時間を計時して計時信号を出力する計時
部を備えると共に、上記周波数パターン格納部に格納さ
れる周波数パターンはクールダウン運転時における経過
時間に対する回転制御周波数の変化パターンであり、上
記圧縮機回転制御部は、上記計時部からの計時信号に基
づいて、上記周波数パターンを参照して求めた回転制御
周波数に従って、クールダウン運転時における上記圧縮
機の回転数を制御するようになっていることを特徴とし
ている。
【0013】上記構成によれば、クールダウン運転開始
後の経過時間に基づいて、上記J-T回路における圧縮
機へのリターン圧が所定圧以下に低下しないように、且
つ、上記J-T回路を構成する熱交換器およびヒートス
テーションにおける熱交換能力が最大に引き出されるよ
うに、クールダウン運転時における上記圧縮機の回転数
が自動的に制御される。
後の経過時間に基づいて、上記J-T回路における圧縮
機へのリターン圧が所定圧以下に低下しないように、且
つ、上記J-T回路を構成する熱交換器およびヒートス
テーションにおける熱交換能力が最大に引き出されるよ
うに、クールダウン運転時における上記圧縮機の回転数
が自動的に制御される。
【0014】また、請求項3に係る発明は、請求項1に
かかる発明の極低温冷凍装置において、上記J-T回路
の低圧側圧力を検出する圧力センサと、上記ヒートステ
ーションの温度を検出する温度センサを備えると共に、
上記周波数パターン格納部に格納される周波数パターン
は,クールダウン運転時における上記J-T回路の低圧側
圧力と上記ヒートステーションの温度とに対する回転制
御周波数の変化パターンであり、上記圧縮機回転制御部
は、上記圧力センサの検出結果と上記温度センサの検出
結果に基づいて上記周波数パターンを参照して求めた回
転制御周波数に従って、クールダウン運転時における上
記圧縮機の回転数を制御するようになっていることを特
徴としている。
かかる発明の極低温冷凍装置において、上記J-T回路
の低圧側圧力を検出する圧力センサと、上記ヒートステ
ーションの温度を検出する温度センサを備えると共に、
上記周波数パターン格納部に格納される周波数パターン
は,クールダウン運転時における上記J-T回路の低圧側
圧力と上記ヒートステーションの温度とに対する回転制
御周波数の変化パターンであり、上記圧縮機回転制御部
は、上記圧力センサの検出結果と上記温度センサの検出
結果に基づいて上記周波数パターンを参照して求めた回
転制御周波数に従って、クールダウン運転時における上
記圧縮機の回転数を制御するようになっていることを特
徴としている。
【0015】上記構成によれば、クールダウン運転時に
おけるJ-T回路の低圧側圧力とヒートステーションの
温度とに基づいて、上記J-T回路における圧縮機への
リターン圧が所定圧以下に低下しないように、且つ、上
記J-T回路を構成する熱交換器及びヒートステーショ
ンにおける熱交換能力が最大に引き出されるように、ク
ールダウン運転時の上記圧縮機の回転数が自動的に制御
される。
おけるJ-T回路の低圧側圧力とヒートステーションの
温度とに基づいて、上記J-T回路における圧縮機への
リターン圧が所定圧以下に低下しないように、且つ、上
記J-T回路を構成する熱交換器及びヒートステーショ
ンにおける熱交換能力が最大に引き出されるように、ク
ールダウン運転時の上記圧縮機の回転数が自動的に制御
される。
【0016】また、請求項4に係る発明は、請求項1に
かかる発明の極低温冷凍装置において、上記周波数パタ
ーン格納部に格納される周波数パターンは、定常冷凍運
転時の回転制御周波数よりも大きな回転制御周波数のパ
ターンであることを特徴としている。
かかる発明の極低温冷凍装置において、上記周波数パタ
ーン格納部に格納される周波数パターンは、定常冷凍運
転時の回転制御周波数よりも大きな回転制御周波数のパ
ターンであることを特徴としている。
【0017】上記構成によれば、定常冷凍運転時の回転
制御周波数よりも大きな回転制御周波数で上記圧縮機の
回転数が制御されて、定常冷凍運転時の冷凍能力よりも
高い冷凍能力が得られる。
制御周波数よりも大きな回転制御周波数で上記圧縮機の
回転数が制御されて、定常冷凍運転時の冷凍能力よりも
高い冷凍能力が得られる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図1は本実施の形態の極低温
冷凍装置における回路および制御系を示す図である。本
極低温冷凍装置は、図4に示すヘリウム冷凍装置と同様
に、予冷冷凍回路31およびJ-T回路32で構成され
ている。予冷冷凍回路31を構成する予冷用圧縮機3
3,油分離器34,吸着器35,膨張機36およびサージ
ボトル37は、図4に示すヘリウム冷凍装置における予
冷冷凍回路1を構成する予冷用圧縮機3,油分離器4,吸
着器5,膨張機6およびサージボトル7と同様に接続さ
れて同様に機能する。
態により詳細に説明する。図1は本実施の形態の極低温
冷凍装置における回路および制御系を示す図である。本
極低温冷凍装置は、図4に示すヘリウム冷凍装置と同様
に、予冷冷凍回路31およびJ-T回路32で構成され
ている。予冷冷凍回路31を構成する予冷用圧縮機3
3,油分離器34,吸着器35,膨張機36およびサージ
ボトル37は、図4に示すヘリウム冷凍装置における予
冷冷凍回路1を構成する予冷用圧縮機3,油分離器4,吸
着器5,膨張機6およびサージボトル7と同様に接続さ
れて同様に機能する。
【0019】また、上記J-T回路32を構成する低段
圧縮機38,油分離器39,高段圧縮機40,油分離器4
1,吸着器42,第1〜第3J-T熱交換器43・46・4
9,吸着器44・47・50,第1・第2ヒートステーショ
ン45・48,J-T弁51および冷却機52は、図4に
示すヘリウム冷凍装置におけるJ-T回路2を構成する
低段圧縮機8,油分離器9,高段圧縮機10,油分離器1
1,吸着器12,第1〜第3J-T熱交換器13・16・1
9,吸着器14・17・20,第1・第2ヒートステーショ
ン15・18,J-T弁21および冷却機22と同様に接
続されて同様に機能する。
圧縮機38,油分離器39,高段圧縮機40,油分離器4
1,吸着器42,第1〜第3J-T熱交換器43・46・4
9,吸着器44・47・50,第1・第2ヒートステーショ
ン45・48,J-T弁51および冷却機52は、図4に
示すヘリウム冷凍装置におけるJ-T回路2を構成する
低段圧縮機8,油分離器9,高段圧縮機10,油分離器1
1,吸着器12,第1〜第3J-T熱交換器13・16・1
9,吸着器14・17・20,第1・第2ヒートステーショ
ン15・18,J-T弁21および冷却機22と同様に接
続されて同様に機能する。
【0020】尚、本実施の形態における極低温冷凍装置
においては、J-T回路32における高圧冷媒ガス管5
3と低圧冷媒ガス管54との間には、図4に示すような
絞りと開閉弁とが直列に介設されたバイパス回路は付設
されていない。すなわち、本実施の形態では、上記バイ
パス回路を用いることなくJ-T弁51を通過するヘリ
ウムガス量を制御するのである。
においては、J-T回路32における高圧冷媒ガス管5
3と低圧冷媒ガス管54との間には、図4に示すような
絞りと開閉弁とが直列に介設されたバイパス回路は付設
されていない。すなわち、本実施の形態では、上記バイ
パス回路を用いることなくJ-T弁51を通過するヘリ
ウムガス量を制御するのである。
【0021】周波数パターン格納部56には、上記クー
ルダウン運転時に高段圧縮機40の回転数を周波数制御
する際の周波数パターン、および、定常冷凍運転時に
低,高段圧縮機38,40の回転数を周波数制御する際の
周波数パターンが格納されている。タイマ57は、クー
ルダウン運転が開始されてからの経過時間を計時して計
時信号を圧縮機回転制御部55に送出する。圧縮機回転
制御部55は、インバータ(図示せず)を有して、タイマ
57からの計時信号に応じて周波数パターン格納部56
から高段圧縮機40の回転制御周波数を読み出す。そし
て、この回転制御周波数に応じて高段圧縮機40の回転
数を制御することによって、クールダウン時におけるJ
-T回路32の流量を制御するのである。
ルダウン運転時に高段圧縮機40の回転数を周波数制御
する際の周波数パターン、および、定常冷凍運転時に
低,高段圧縮機38,40の回転数を周波数制御する際の
周波数パターンが格納されている。タイマ57は、クー
ルダウン運転が開始されてからの経過時間を計時して計
時信号を圧縮機回転制御部55に送出する。圧縮機回転
制御部55は、インバータ(図示せず)を有して、タイマ
57からの計時信号に応じて周波数パターン格納部56
から高段圧縮機40の回転制御周波数を読み出す。そし
て、この回転制御周波数に応じて高段圧縮機40の回転
数を制御することによって、クールダウン時におけるJ
-T回路32の流量を制御するのである。
【0022】上記J-T弁51を通過するヘリウムガス
量は、運転開始直後(J-T弁51後のヘリウム温度≒3
00K)から定常冷凍運転(J-T弁51後のヘリウム温
度≒4K)に到るクールダウン運転時においてはJ-T弁
51前のヘリウムガス温度に左右される。したがって、
ヘリウム容積循環量が定常冷凍運転時の60〜100倍
にもなる運転開始直後においてはJ-T弁51通過ガス
量を少なくして、J-T弁51における圧力損失が大き
くなってJ-Tリターン圧が極端に低下しないようにす
る必要がある。また、上記クールダウン運転時には、J
-T回路32の流量を減少させてヘリウムガスの流速を
落とし、第1〜第3J-T熱交換器43,46,49や第
1,第2ヒートステーション45,48における熱交換を
促進させるようにすれば、クールダウン時間を短縮でき
る。
量は、運転開始直後(J-T弁51後のヘリウム温度≒3
00K)から定常冷凍運転(J-T弁51後のヘリウム温
度≒4K)に到るクールダウン運転時においてはJ-T弁
51前のヘリウムガス温度に左右される。したがって、
ヘリウム容積循環量が定常冷凍運転時の60〜100倍
にもなる運転開始直後においてはJ-T弁51通過ガス
量を少なくして、J-T弁51における圧力損失が大き
くなってJ-Tリターン圧が極端に低下しないようにす
る必要がある。また、上記クールダウン運転時には、J
-T回路32の流量を減少させてヘリウムガスの流速を
落とし、第1〜第3J-T熱交換器43,46,49や第
1,第2ヒートステーション45,48における熱交換を
促進させるようにすれば、クールダウン時間を短縮でき
る。
【0023】そして、上記第2ヒートステーション48
におけるヘリウムガス温度が10K(定常運転温度が4
Kの場合)になった際には、上記J-T回路32の流量が
定常冷凍運転時における規定流量になって定常冷凍運転
時の熱交換能力が得られるように、J-T弁51通過ガ
ス量を増加する必要がある。
におけるヘリウムガス温度が10K(定常運転温度が4
Kの場合)になった際には、上記J-T回路32の流量が
定常冷凍運転時における規定流量になって定常冷凍運転
時の熱交換能力が得られるように、J-T弁51通過ガ
ス量を増加する必要がある。
【0024】そこで、上記周波数パターン格納部56に
は、図2に示すようなクールダウン運転時における高段
圧縮機40の回転数制御用の周波数パターンを格納して
おくのである。この周波数パターンは、予め、J-T弁
51の開度を定常運転レベル時の開度に設定してクール
ダウン運転を行った場合に測定されたJ-T回路32の
低圧側圧力と第2ヒートステーション48の温度の時間
変化に応じて、J-Tリターン圧が低圧保護スイッチの
設定圧より低下しないように、且つ、各J-T熱交換器
43,46,49やヒートステーション45,48におけ
る熱交換能力を最大に引き出せるように設定されてい
る。
は、図2に示すようなクールダウン運転時における高段
圧縮機40の回転数制御用の周波数パターンを格納して
おくのである。この周波数パターンは、予め、J-T弁
51の開度を定常運転レベル時の開度に設定してクール
ダウン運転を行った場合に測定されたJ-T回路32の
低圧側圧力と第2ヒートステーション48の温度の時間
変化に応じて、J-Tリターン圧が低圧保護スイッチの
設定圧より低下しないように、且つ、各J-T熱交換器
43,46,49やヒートステーション45,48におけ
る熱交換能力を最大に引き出せるように設定されてい
る。
【0025】尚、図2における期間(A)は、上記第2ヒ
ートステーション48が冷却されて温度が所定温度(例
えば定常運転温度が4Kの場合には10K)に至るまで
の期間であり、J-T回路32の流量を減少させてヘリ
ウムガスの流速を落とし、第1〜第3J-T熱交換器4
3,46,49における熱交換を促進させる期間である。
また、期間(B)は、上記J-T回路32の流量を定常冷
凍運転時における規定のガス量にして、定常冷凍運転時
の能力(4K能力)を得る期間である。また、期間(C)
は、必要に応じて設けられる期間であり、定常冷凍運転
時の能力(4K能力)以上の能力を得る期間である。
ートステーション48が冷却されて温度が所定温度(例
えば定常運転温度が4Kの場合には10K)に至るまで
の期間であり、J-T回路32の流量を減少させてヘリ
ウムガスの流速を落とし、第1〜第3J-T熱交換器4
3,46,49における熱交換を促進させる期間である。
また、期間(B)は、上記J-T回路32の流量を定常冷
凍運転時における規定のガス量にして、定常冷凍運転時
の能力(4K能力)を得る期間である。また、期間(C)
は、必要に応じて設けられる期間であり、定常冷凍運転
時の能力(4K能力)以上の能力を得る期間である。
【0026】尚、図2においては、説明を簡単にするた
めに、クールダウン運転期間を期間(A)および期間(B)
の2つの期間に分けているが、J-T回路32の低圧側
圧力や第2ヒートステーション48の温度の時間変化に
応じて、さらに細かく3つ以上の期間に分割しても差し
支えない。
めに、クールダウン運転期間を期間(A)および期間(B)
の2つの期間に分けているが、J-T回路32の低圧側
圧力や第2ヒートステーション48の温度の時間変化に
応じて、さらに細かく3つ以上の期間に分割しても差し
支えない。
【0027】図2に示す周波数パターンは、各期間毎に
段階的に高段圧縮機40の回転制御周波数を設定してい
るが、図3に示すように、直線的にあるいは曲線的に設
定すれば、更にきめ細かくJ-T弁51のガス量を制御
することが可能となる。
段階的に高段圧縮機40の回転制御周波数を設定してい
るが、図3に示すように、直線的にあるいは曲線的に設
定すれば、更にきめ細かくJ-T弁51のガス量を制御
することが可能となる。
【0028】このように、本実施の形態においては、上
記クールダウン時における高段圧縮機40の回転制御周
波数を、J-Tリターン圧が極端に低下しないように、
そして、各J-T熱交換器43,46,49やヒートステ
ーション45,48における熱交換能力を最大に引き出
せるように設定されて周波数パターン格納部56に格納
された周波数パターンに応じて制御するようにしてい
る。したがっで、J-T弁51の開度制御や上記バイパ
ス回路によるJ-T回路32の高圧側から低圧側へのバ
イパスを行うことなく、クールダウン運転時の流量制御
を自動的に行うことができる。また、各J-T熱交換器
43,46,49や各ヒートステーション45,48にお
ける熱交換能力が最大に発揮されて、クールダウン時間
が大幅に短縮される。
記クールダウン時における高段圧縮機40の回転制御周
波数を、J-Tリターン圧が極端に低下しないように、
そして、各J-T熱交換器43,46,49やヒートステ
ーション45,48における熱交換能力を最大に引き出
せるように設定されて周波数パターン格納部56に格納
された周波数パターンに応じて制御するようにしてい
る。したがっで、J-T弁51の開度制御や上記バイパ
ス回路によるJ-T回路32の高圧側から低圧側へのバ
イパスを行うことなく、クールダウン運転時の流量制御
を自動的に行うことができる。また、各J-T熱交換器
43,46,49や各ヒートステーション45,48にお
ける熱交換能力が最大に発揮されて、クールダウン時間
が大幅に短縮される。
【0029】また、図2に示す周波数パターンにおける
期間(C)のように、定常冷凍運転時のガス流量以上の流
量を得る期間を設定することによって、例えば、50H
zにおいて定常冷凍能力が4K能力である極低温冷凍機
を用いて、定常冷凍能力以上の能力を引き出すことがで
きる。
期間(C)のように、定常冷凍運転時のガス流量以上の流
量を得る期間を設定することによって、例えば、50H
zにおいて定常冷凍能力が4K能力である極低温冷凍機
を用いて、定常冷凍能力以上の能力を引き出すことがで
きる。
【0030】尚、上記実施の形態においては、上記周波
数パターン格納部56に格納する周波数パターンは、高
段圧縮機40の回転制御周波数の時間に応じたパターン
である。しかしながら、この発明はこれに限定されるも
のではく、J-T回路32の低圧側圧力と第2ヒートス
テーション48の温度とに応じた高段圧縮機40の回転
制御周波数をテーブル化したものであってもよい。但
し、この場合には、例えば、上記低段圧縮機38の吸入
口にヘリウムガス圧を検出する圧力センサ58を設ける
一方、第2ヒートステーション48には温度センサ59
を設けて、圧縮機回転制御部55は、上記圧力センサ5
8からのJ-T回路32の低圧側圧力と上記温度センサ
59からの第2ヒートステーション48温度とに基づい
て、周波数パターン格納部55に格納された上記テーブ
ルを引いて回転制御周波数を得るようにする必要があ
る。
数パターン格納部56に格納する周波数パターンは、高
段圧縮機40の回転制御周波数の時間に応じたパターン
である。しかしながら、この発明はこれに限定されるも
のではく、J-T回路32の低圧側圧力と第2ヒートス
テーション48の温度とに応じた高段圧縮機40の回転
制御周波数をテーブル化したものであってもよい。但
し、この場合には、例えば、上記低段圧縮機38の吸入
口にヘリウムガス圧を検出する圧力センサ58を設ける
一方、第2ヒートステーション48には温度センサ59
を設けて、圧縮機回転制御部55は、上記圧力センサ5
8からのJ-T回路32の低圧側圧力と上記温度センサ
59からの第2ヒートステーション48温度とに基づい
て、周波数パターン格納部55に格納された上記テーブ
ルを引いて回転制御周波数を得るようにする必要があ
る。
【0031】また、この発明の極低温冷凍装置の回路構
成は、図1に示す回路構成に限定されるものではなく、
例えば、J-T回路は圧縮機は1段であっても何等差し
支えない。
成は、図1に示す回路構成に限定されるものではなく、
例えば、J-T回路は圧縮機は1段であっても何等差し
支えない。
【0032】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1に係
る発明の極低温冷凍装置は、J-T回路における圧縮機
へのリターン圧が所定圧以下に低下しないように、且
つ、上記J-T回路を構成する熱交換器およびヒートス
テーションにおける熱交換能力が最大に引き出されるよ
うに設定されて、周波数パターン格納部に格納された上
記圧縮機の回転制御周波数の変化パターンに基づいて、
圧縮機回転制御部によって上記圧縮機の回転数を制御す
るようにしたので、上記熱交換器およびヒートステーシ
ョンの熱交換能力の変化に応じて、上記J-T回路の流
量や流速を最適に制御できる。
る発明の極低温冷凍装置は、J-T回路における圧縮機
へのリターン圧が所定圧以下に低下しないように、且
つ、上記J-T回路を構成する熱交換器およびヒートス
テーションにおける熱交換能力が最大に引き出されるよ
うに設定されて、周波数パターン格納部に格納された上
記圧縮機の回転制御周波数の変化パターンに基づいて、
圧縮機回転制御部によって上記圧縮機の回転数を制御す
るようにしたので、上記熱交換器およびヒートステーシ
ョンの熱交換能力の変化に応じて、上記J-T回路の流
量や流速を最適に制御できる。
【0033】また、請求項2に係る発明の極低温冷凍装
置における周波数パターン格納部には、クールダウン運
転時における経過時間に対する回転制御周波数の変化パ
ターンを格納し、圧縮機回転制御部は、計時部からの計
時信号に基づいて、上記周波数パターンを参照して求め
た回転制御周波数に従って上記圧縮機におけるクールダ
ウン運転時の回転数を制御するので、上記経過時間に基
づいて、上記J-T回路における圧縮機へのリターン圧
が所定圧以下に低下しないように、且つ、上記J-T回
路を構成する熱交換器及びヒートステーションにおける
熱交換能力が最大に引き出されるように、クールダウン
運転時の上記圧縮機の回転数を自動的に制御できる。す
なわち、この発明によれば、上記熱交換器およびヒート
ステーションの熱交換能力の変化に応じて、クールダウ
ン運転時におけるJ-T回路の流量や流速をきめ細かに
制御できる。
置における周波数パターン格納部には、クールダウン運
転時における経過時間に対する回転制御周波数の変化パ
ターンを格納し、圧縮機回転制御部は、計時部からの計
時信号に基づいて、上記周波数パターンを参照して求め
た回転制御周波数に従って上記圧縮機におけるクールダ
ウン運転時の回転数を制御するので、上記経過時間に基
づいて、上記J-T回路における圧縮機へのリターン圧
が所定圧以下に低下しないように、且つ、上記J-T回
路を構成する熱交換器及びヒートステーションにおける
熱交換能力が最大に引き出されるように、クールダウン
運転時の上記圧縮機の回転数を自動的に制御できる。す
なわち、この発明によれば、上記熱交換器およびヒート
ステーションの熱交換能力の変化に応じて、クールダウ
ン運転時におけるJ-T回路の流量や流速をきめ細かに
制御できる。
【0034】また、請求項3に係る発明の極低温冷凍装
置における周波数パターン格納部には、クールダウン運
転時における上記J-T回路の低圧側圧力と上記ヒート
ステーションの温度とに対する回転制御周波数の変化パ
ターンを格納し、圧縮機回転制御部は、圧力センサの検
出結果と温度センサの検出結果とに基づいて、上記周波
数パターンを参照して求めた回転制御周波数に従って上
記圧縮機におけるクールダウン運転時の回転数を制御す
るので、上記J-T回路の低圧側圧力と上記ヒートステ
ーションの温度とに基づいて、上記J-T回路における
圧縮機へのリターン圧が所定圧以下に低下しないよう
に、且つ、上記J-T回路を構成する熱交換器及びヒー
トステーションにおける熱交換能力が最大に引き出され
るように、クールダウン運転時の上記圧縮機の回転数を
自動的に制御できる。すなわち、この発明によれば、上
記熱交換器およびヒートステーションの熱交換能力の変
化に応じて、クールダウン運転時におけるJ-T回路の
流量や流速をきめ細かに制御できる。
置における周波数パターン格納部には、クールダウン運
転時における上記J-T回路の低圧側圧力と上記ヒート
ステーションの温度とに対する回転制御周波数の変化パ
ターンを格納し、圧縮機回転制御部は、圧力センサの検
出結果と温度センサの検出結果とに基づいて、上記周波
数パターンを参照して求めた回転制御周波数に従って上
記圧縮機におけるクールダウン運転時の回転数を制御す
るので、上記J-T回路の低圧側圧力と上記ヒートステ
ーションの温度とに基づいて、上記J-T回路における
圧縮機へのリターン圧が所定圧以下に低下しないよう
に、且つ、上記J-T回路を構成する熱交換器及びヒー
トステーションにおける熱交換能力が最大に引き出され
るように、クールダウン運転時の上記圧縮機の回転数を
自動的に制御できる。すなわち、この発明によれば、上
記熱交換器およびヒートステーションの熱交換能力の変
化に応じて、クールダウン運転時におけるJ-T回路の
流量や流速をきめ細かに制御できる。
【0035】また、請求項4に係る発明の極低温冷凍装
置における周波数パターン格納部には、定常冷凍運転時
の回転制御周波数よりも大きな回転制御周波数のパター
ンが格納されているので、定常冷凍運転時の回転制御周
波数よりも大きな回転制御周波数で上記圧縮機の回転数
を制御できる。したがって、この発明によれば、定常冷
凍運転時の冷凍能力よりも高い冷凍能力を得ることがで
きる。
置における周波数パターン格納部には、定常冷凍運転時
の回転制御周波数よりも大きな回転制御周波数のパター
ンが格納されているので、定常冷凍運転時の回転制御周
波数よりも大きな回転制御周波数で上記圧縮機の回転数
を制御できる。したがって、この発明によれば、定常冷
凍運転時の冷凍能力よりも高い冷凍能力を得ることがで
きる。
【図1】この発明の極低温冷凍装置における回路および
制御系を示す図である。
制御系を示す図である。
【図2】図1における周波数パターン格納部に格納され
る周波数パターンの一例を示す図である。
る周波数パターンの一例を示す図である。
【図3】図2とは異なる周波数パターンを示す図であ
る。
る。
【図4】従来のヘリウム冷凍装置の回路図である。
31…予冷冷凍回路、 32…J-T回
路、33…予冷用圧縮機、 36…膨張
機、38…低段圧縮機、 40…高段圧
縮機、43,46,49…J-T熱交換器、 45,48
…ヒートステーション、51…J-T弁、
52…冷却機、53…高圧冷媒ガス管、
54…低圧冷媒ガス管、55…圧縮機回転制御
部、 56…周波数パターン格納部、57…タ
イマ。
路、33…予冷用圧縮機、 36…膨張
機、38…低段圧縮機、 40…高段圧
縮機、43,46,49…J-T熱交換器、 45,48
…ヒートステーション、51…J-T弁、
52…冷却機、53…高圧冷媒ガス管、
54…低圧冷媒ガス管、55…圧縮機回転制御
部、 56…周波数パターン格納部、57…タ
イマ。
Claims (4)
- 【請求項1】 ジュールトムソン回路(32)と、このジ
ュールトムソン回路(32)を流れる冷媒ガスを冷却する
予冷冷凍回路(31)とを有する極低温冷凍装置におい
て、 上記ジュールトムソン回路(32)における圧縮機(38
または40)へのリターン圧が所定圧以下に低下しない
ように、且つ、上記ジュールトムソン回路(32)を構成
する熱交換器(43,46,49)及びヒートステーション
(45,48)の熱交換能力が最大に引き出されるように
設定された、上記圧縮機(38または40)の回転制御周
波数の変化パターンを格納した周波数パターン格納部
(56)と、 上記周波数パターン格納部(56)に格納された周波数パ
ターンに基づいて、上記圧縮機(38または40)の回転
数を制御する圧縮機回転制御部(55)を備えたことを特
徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の極低温冷凍装置におい
て、 クールダウン運転開始後の経過時間を計時して計時信号
を出力する計時部(57)を備えると共に、 上記周波数パターン格納部(56)に格納される周波数パ
ターンは、クールダウン運転時における経過時間に対す
る回転制御周波数の変化パターンであり、 上記圧縮機回転制御部(55)は、上記計時部(57)から
の計時信号に基づいて上記周波数パターンを参照して求
めた回転制御周波数に従って、クールダウン運転時にお
ける上記圧縮機(38または40)の回転数を制御するよ
うになっていることを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の極低温冷凍装置におい
て、 上記ジュールトムソン回路(32)の低圧側の圧力を検出
する圧力センサ(58)と、 上記ヒートステーション(48)の温度を検出する温度セ
ンサ(59)を備えると共に、 上記周波数パターン格納部(56)に格納される周波数
パターンは、クールダウン運転時における上記ジュール
トムソン回路(32)の低圧側圧力と上記ヒートステーシ
ョン(48)の温度とに対する回転制御周波数の変化パタ
ーンであり、 上記圧縮機回転制御部(55)は、上記圧力センサ(58)
の検出結果と上記温度センサ(59)の検出結果とに基づ
いて上記周波数パターンを参照して求めた回転制御周波
数に従って、クールダウン運転時における上記圧縮機
(38または40)の回転数を制御するようになっている
ことを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の極低温冷凍装置におい
て、 上記周波数パターン格納部(56)に格納される周波数パ
ターンは、定常冷凍運転時の回転制御周波数より大きな
回転制御周波数のパターンであることを特徴とする極低
温冷凍装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11606496A JPH09303897A (ja) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11606496A JPH09303897A (ja) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | 極低温冷凍装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09303897A true JPH09303897A (ja) | 1997-11-28 |
Family
ID=14677821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11606496A Pending JPH09303897A (ja) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09303897A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014528055A (ja) * | 2011-09-27 | 2014-10-23 | オックスフォード インストルメンツ ナノテクノロジー ツールス リミテッド | 極低温システムの制御装置及び方法 |
JP2015227775A (ja) * | 2010-05-12 | 2015-12-17 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | 極低温冷却のためのシステム |
WO2022136534A1 (en) * | 2020-12-24 | 2022-06-30 | Leybold Dresden Gmbh | Cryogenic refrigeration system and cryogenic pump |
GB2602515A (en) * | 2020-12-24 | 2022-07-06 | Leybold Dresden Gmbh | Cryogenic refrigeration system and cryogenic pump |
-
1996
- 1996-05-10 JP JP11606496A patent/JPH09303897A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015227775A (ja) * | 2010-05-12 | 2015-12-17 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | 極低温冷却のためのシステム |
KR20170015568A (ko) * | 2010-05-12 | 2017-02-08 | 브룩스 오토메이션, 인크. | 극저온 냉각용 시스템 및 방법 |
US10156386B2 (en) | 2010-05-12 | 2018-12-18 | Brooks Automation, Inc. | System and method for cryogenic cooling |
US11215384B2 (en) | 2010-05-12 | 2022-01-04 | Edwards Vacuum Llc | System and method for cryogenic cooling |
JP2014528055A (ja) * | 2011-09-27 | 2014-10-23 | オックスフォード インストルメンツ ナノテクノロジー ツールス リミテッド | 極低温システムの制御装置及び方法 |
US10473375B2 (en) | 2011-09-27 | 2019-11-12 | Oxford Instruments Nanotechnology Tools Limited | Apparatus and method for controlling a cryogenic cooling system |
WO2022136534A1 (en) * | 2020-12-24 | 2022-06-30 | Leybold Dresden Gmbh | Cryogenic refrigeration system and cryogenic pump |
GB2602515A (en) * | 2020-12-24 | 2022-07-06 | Leybold Dresden Gmbh | Cryogenic refrigeration system and cryogenic pump |
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