TWI599720B - Cryogenic pump system, and cryogenic pump system operation method - Google Patents

Cryogenic pump system, and cryogenic pump system operation method Download PDF

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TWI599720B
TWI599720B TW103138201A TW103138201A TWI599720B TW I599720 B TWI599720 B TW I599720B TW 103138201 A TW103138201 A TW 103138201A TW 103138201 A TW103138201 A TW 103138201A TW I599720 B TWI599720 B TW I599720B
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Takaaki Matsui
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Sumitomo Heavy Industries
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps

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Description

低溫泵系統、及低溫泵系統的運轉方法
本發明係有關一種低溫泵系統及低溫泵系統的運行方法。
一種低溫泵系統，其係具有至少1個低溫泵，及1個或複數個壓縮機單元。低溫泵具有冷凍機。壓縮機單元將工作氣體供給至冷凍機。工作氣體在冷凍機內膨脹，藉此低溫泵被冷卻。工作氣體被壓縮機單元回收。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開第2013-134020號公報
本發明的一種態樣之例示性的目的之一為提高低溫泵系統的節能性能。
依本發明的一種態樣，能夠提供一種低溫泵系統，前述低溫泵系統具備：至少1個低溫泵，係具備冷凍機、低溫低溫板、及高溫低溫板，前述冷凍機具備低溫冷卻台及高溫冷卻台，前述低溫低溫板藉由前述低溫冷卻台被冷卻，前述高溫低溫板藉由前述高溫冷卻台被冷卻；及壓縮機單元，係具備壓縮供給至前述冷凍機的工作氣體之壓縮機主體，前述壓縮機主體的運行頻率為可變。前述壓縮機單元在前述壓縮機主體的高壓與低壓的壓力比為1.6~2.5的範圍內運行。
依本發明的一種態樣，能夠提供一種低溫泵系統的運行方法。該低溫泵系統具備：至少1個低溫泵，係具備冷凍機、低溫低溫板、及高溫低溫板，前述冷凍機具備低溫冷卻台及高溫冷卻台，前述低溫低溫板藉由前述低溫冷卻台被冷卻，前述高溫低溫板藉由前述高溫冷卻台被冷卻；及壓縮機單元，係具備壓縮供給至前述冷凍機的工作氣體之壓縮機主體，前述壓縮機主體的運行頻率為可變。前述方法具備運行前述壓縮機主體以使前述壓縮機主體的高壓與低壓的壓力比在1.6~2.5的範圍內之步驟。
另外，在方法、裝置、系統等之間將以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表現相互替換，來作為本發明的態樣亦有效。
依本發明，能夠提高低溫泵系統的節能性能。
10‧‧‧低溫泵
12‧‧‧冷凍機
14‧‧‧第1冷卻台
16‧‧‧第2冷卻台
32‧‧‧第1低溫板
34‧‧‧第2低溫板
50‧‧‧壓縮機單元
52‧‧‧壓縮機主體
55‧‧‧壓縮機逆變器
100‧‧‧低溫泵系統
110‧‧‧控制裝置
112‧‧‧CP控制器
114‧‧‧壓縮機控制器
第1圖係概略表示本發明的一種實施形態之低溫泵系統的整體結構之圖。
第2圖係表示用於本發明的一種實施方之低溫泵系統的控制裝置的概略結構之框圖。
第3圖係例示本發明的一種實施形態之冷凍效率與壓力比之間的關係之曲線圖。
第4圖係例示冷凍效率與壓力比之間的關係之曲線圖。
以下，參閱附圖，對用於實施本發明之方式進行詳細說明。另外，說明中，對相同的要件標註相同符號，對重複說明適當從略。並且，以下所述之構成為例示，對本發明的範圍不做任何限定。
本發明的一種實施形態之低溫泵系統具備有二段式冷凍機之低溫泵及用於對冷凍機供給高壓工作氣體之壓縮機。冷凍機例如構成為如下：能夠藉由控制運行頻率來調整冷卻做功Q。壓縮機例如構成為如下：能夠藉由控制運行頻率來調整壓縮做功W。
本發明者考慮到工作氣體為實際存在之氣體，對本系統進行了理論性分析，從而發現在冷凍機的低溫段溫度區 域，當壓縮機以某一壓力比運行時，冷凍機的效率(以下稱為冷凍效率)ε成為最大。冷凍機的效率ε表示為ε=Q/W。該最佳壓力比如後述那樣，例如在大約1.6~2.5的範圍之內。因此，藉由在該範圍內運行壓縮機，能夠降低系統的耗電量。
另一方面，一典型的低溫泵系統的設計思想重視冷凍機的冷卻做功Q，例如系統被設計成冷卻做功Q成為最大。其結果，通常壓縮機的運行壓力比例如為大約2.6以上，偏離上述最佳範圍。
一種實施形態中，壓縮機的最低運行頻率根據壓縮機的規格而定。當壓縮機以該最低運行頻率運行時，與其對應之最低工作氣體流量從壓縮機供給至冷凍機。當在冷凍機側所使用之工作氣體的流量少於該最低流量時，從壓縮機供給至冷凍機之工作氣體過量。此時壓縮機消耗額外電量。
為了緩解該種因壓縮機的規格而在壓縮機與冷凍機之間產生工作氣體的流量不均之現象，本發明的一種實施形態之低溫泵系統具備複數個低溫泵，且各低溫泵可具備二段式冷凍機。此時，與系統僅具有1個低溫泵的情況相比，在冷凍機側使用之工作氣體流量變大，因此壓縮機的氣體流量減少至最低的運行狀態甚少出現。因此，能夠在壓縮機的整個運行期間內或在其大部份運行期間調整壓縮機的運行頻率，從而壓縮機能夠配合在冷凍機側使用之工作氣體的流量而將工作氣體供給至冷凍機。藉此，能夠防 止或降低如上所述那樣因壓縮機規格而消耗額外電量。
第1圖係概略表示本發明的一種實施形態之低溫泵系統100的整體結構之圖。低溫泵系統100用於進行真空腔室102的真空排氣。真空腔室102係為了向真空處理裝置(例如在離子植入裝置或濺射裝置等半導體製程中使用之裝置)提供真空環境而設置。
低溫泵系統100具備複數個低溫泵10及壓縮機或壓縮機單元50。並且，低溫泵系統100具備氣體管路70，該氣體管路將複數個低溫泵10並聯連接於壓縮機單元50。氣體管路70構成為使工作氣體在複數個低溫泵10與各壓縮機單元50之間進行循環。
低溫泵10被安裝於真空腔室102，且用於將真空腔室內部的真空度提高至所希望之級別。亦可以在由一種低溫泵10真空排氣之真空腔室102中安裝另一種低溫泵10。或者，一種低溫泵10與另一種低溫泵10分別安裝於不同的真空腔室102亦可以。
低溫泵10具備冷凍機12。冷凍機12例如為吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂的GM冷凍機)等蓄冷式超低溫冷凍機。冷凍機12為二段式冷凍機，其具備高溫冷卻台或第1冷卻台14、及低溫冷卻台或第2冷卻台16。
冷凍機12具備第1壓缸18及第2壓缸20，第1壓缸在內部劃定一段膨脹室，第2壓缸在內部劃定與一段膨脹室連通之二段膨脹室。第1壓缸18與第2壓缸20被串聯連接。第1壓缸18連接馬達殼體21與第1冷卻台 14，第2壓缸20連接第1冷卻台14與第2冷卻台16。第1壓缸18及第2壓缸20分別內置有第1置換器及第2置換器(未圖示)。第1置換器及第2置換器相連，且在其內部分別組裝有蓄冷材。
冷凍機12的馬達殼體21收容有冷凍機馬達22與氣體流路切換機構23。冷凍機馬達22為用於第1、第2置換器及氣體流路切換機構23之驅動源。冷凍機馬達22與第1置換器及第2置換器連接，以使第1置換器及第2置換器分別能夠在第1壓缸18及第2壓缸20的內部往返移動。
氣體流路切換機構23構成為週期性地切換工作氣體的流路，以使在一段膨脹室及二段膨脹室中的工作氣體週期性地重複膨脹。冷凍機馬達22連接於氣體流路切換機構23的可動閥(未圖示)，以使該可動閥能夠正反運行。可動閥例如為迴轉閥。
馬達殼體21設置有高壓氣體入口24及低壓氣體出口26。高壓氣體入口24形成於氣體流路切換機構23的高壓流路末端，低壓氣體出口26形成於氣體流路切換機構23的低壓流路末端。
冷凍機12使高壓工作氣體(例如氦氣)在內部膨脹並在第1冷卻台14及第2冷卻台16產生寒冷。高壓工作氣體從壓縮機單元50通過高壓氣體入口24供給至冷凍機12。此時，冷凍機馬達22切換氣體流路切換機構23，以使高壓氣體入口24與膨脹室連接。若冷凍機12的膨脹室 中充滿高壓工作氣體，則冷凍機馬達22切換氣體流路切換機構23，以使膨脹室與低壓氣體出口26連接。工作氣體隔熱膨脹後，藉由低壓氣體出口26排出至壓縮機單元50。第1、第2置換器在膨脹室中與氣體流路切換機構23的動作同步而進行往返移動。第1冷卻台14及第2冷卻台16藉由重複進行該種熱循環而被冷卻。
第2冷卻台16冷卻至比第1冷卻台14更低的溫度。第2冷卻台16被冷卻至例如8K~20K程度，第1冷卻台14被冷卻至例如80K~100K程度。第1冷卻台14上安裝有用於測定第1冷卻台14的溫度之第1溫度感測器28，第2冷卻台16上安裝有用於測定第2冷卻台16的溫度之第2溫度感測器30。
低溫泵10具備高溫低溫板或第1低溫板32、及低溫低溫板或第2低溫板34。第1低溫板32被固定為熱連接於第1冷卻台14，第2低溫板34被固定為熱連接於第2冷卻台16。藉此，第1低溫板32藉由第1冷卻台14被冷卻，第2低溫板34藉由第2冷卻台16被冷卻。
第1低溫板32具備防熱罩36與擋板38，並包圍第2低溫板34。第2低溫板34在其表面的至少一部份具備吸附劑。第1低溫板32收容於低溫泵殼體40，低溫泵殼體40的一端安裝於馬達殼體21。低溫泵殼體40的另一端凸緣部安裝於真空腔室102的閘閥(未圖示)。低溫泵10其本身亦可以為任意已知之低溫泵。
壓縮機單元50具備用於壓縮工作氣體之壓縮機主體 52、及用於驅動壓縮機主體52之壓縮機馬達53。並且，壓縮機單元50還具備用於接收低壓工作氣體之低壓氣體入口54、及用於放出高壓工作氣體之高壓氣體出口56。低壓氣體入口54藉由低壓流路58與壓縮機主體52的吸入口連接，高壓氣體出口56藉由高壓流路60與壓縮機主體52的吐出口連接。
壓縮機單元50具備第1壓力感測器62及第2壓力感測器64。第1壓力感測器62設定於低壓流路58，以測定低壓工作氣體的壓力，第2壓力感測器64設定於高壓流路60，以測定高壓工作氣體的壓力。另外，第1壓力感測器62及第2壓力感測器64可在壓縮機單元50的外部設置於氣體管路70的適當部位。
氣體管路70具備：高壓管路72，係用於將工作氣體從壓縮機單元50供給至低溫泵10；及低壓管路74，係用於使工作氣體從低溫泵10返回到壓縮機單元50。高壓管路72為連接冷凍機12的高壓氣體入口24與壓縮機單元50的高壓氣體出口56的配管。高壓管路72具備：主高壓配管，係從壓縮機單元50延伸；及高壓個別配管，係從主配管分叉並延伸至各冷凍機12。低壓管路74為連接冷凍機12的低壓氣體出口26與壓縮機單元50的低壓氣體入口54的配管。低壓管路74具備：主低壓配管，係從壓縮機單元50延伸；及低壓個別配管，係從主配管分叉並延伸至各冷凍機12。
壓縮機單元50藉由低壓管路74回收從低溫泵10排 出之低壓工作氣體。壓縮機主體52壓縮低壓工作氣體，生成高壓工作氣體。壓縮機單元50藉由高壓管路72將高壓工作氣體供給至低溫泵10。
低溫泵系統100具備用於管理其運行之控制裝置110。控制裝置110被設置成與低溫泵10(或壓縮機單元50)成為一體或分別獨立。控制裝置110具備例如執行各種運算處理之CPU、儲存各種控制程序之ROM、用作利用於儲存資料和執行程序之作業區之RAM、輸入輸出界面、及記憶體等。控制裝置110能夠採用具備該種結構之已知之控制器。控制裝置110可以構成為單獨的控制器，亦可以包含各發揮相同或不同作用之複數個控制器。
第2圖係表示用於本發明的一種實施形態之低溫泵系統100的控制裝置110的概略結構之框圖。第2圖示出與本發明的一種實施形態相關之低溫泵系統100之主要部份。
控制裝置110係為了控制低溫泵10(亦即冷凍機12)及壓縮機單元50而設置。控制裝置110具備：低溫泵控制部或低溫泵控制器(以下亦稱為CP控制器)112，用於控制低溫泵10之運行；及壓縮機控制部或壓縮機控制器114，用於控制壓縮機單元50的運行。
CP控制器112構成為接收表示低溫泵10的第1溫度感測器28及第2溫度感測器30的測定溫度之訊號。CP控制器112例如根據所接收之測定溫度控制低溫泵10。此時，例如CP控制器112控制冷凍機12的運行頻率，以 使第1溫度感測器28(或第2溫度感測器30)的測定溫度與第1低溫板32(或第2低溫板34)的目標溫度一致。冷凍機馬達22的轉速與運行頻率對應地得到控制。藉此，能夠調整冷凍機12中的熱循環之單位時間次數(亦即頻率)。從而藉由在低溫泵10中進行溫度控制，能夠調整使用於冷凍機12之工作氣體流量。
壓縮機控制器114構成為能夠進行壓力控制。為了進行壓力控制，壓縮機控制器114構成為能夠接收表示第1壓力感測器62及第2壓力感測器64的測定壓力之訊號。壓縮機控制器114控制壓縮機主體52的運行頻率，以使壓力測定值與壓力目標值一致。壓縮機單元50具備用於改變壓縮機馬達53的運行頻率之壓縮機逆變器55。壓縮機馬達53的轉速與運行頻率對應地得到控制。
壓縮機控制器114例如將壓縮機主體52的高壓與低壓之間的壓力差控制成目標壓力。以下，有時將其稱為差壓恆定控制。壓縮機控制器114控制壓縮機主體52的運行頻率以進行差壓恆定控制。另外根據需求，亦可以在執行差壓恆定控制之過程中改變差壓的目標值。
在差壓恆定控制中，壓縮機控制器114求出第1壓力感測器62的測定壓力與第2壓力感測器64的測定壓力之間的差壓。壓縮機控制器114確定壓縮機馬達53的運行頻率，以使該差壓與目標值△P一致。壓縮機控制器114控制壓縮機逆變器55及壓縮機馬達53以實現該運行頻率。
根據壓力控制，能夠根據使用於冷凍機12之工作氣體的流量而適當地調整壓縮機馬達53的轉速，因此有助於降低低溫泵系統100的耗電量。
並且，冷凍機12的冷凍能力取決於差壓，因此能夠藉由差壓恆定控制來維持冷凍機12的目標冷凍能力。藉此，就同時實現維持冷凍機12的冷凍能力和降低系統的耗電量之觀點來看，差壓恆定控制對低溫泵系統100而言尤為佳。
作為代替方案，壓力目標值亦可以為高壓目標值(或低壓目標值)。此時，壓縮機控制器114執行控制壓縮機馬達53的轉速之高壓恆定控制(或低壓恆定控制)，以使第2壓力感測器64(或第1壓力感測器62)的測定壓力與高壓目標值(或低壓目標值)一致。
第3圖係例示本發明的一種實施形態之冷凍效率ε與壓力比Pr之間的關係之曲線圖。該曲線圖係本發明者對低溫泵系統100進行理論性分析而得到之結構。在分析中考慮到工作氣體(例如氦氣)為實際存在之氣體。冷凍效率ε表示為ε=Q/W，其中Q為冷凍機12的冷卻做功，W為壓縮機單元50的壓縮做功。壓力比Pr為壓縮機主體52的高壓(亦即吐出壓力)Ph相對於低壓(亦即吸入壓力)Pl的比例，Pr=Ph/Pl。
冷凍效率ε採用壓力比Pr=Ph/Pl，並由下式表示。
其中，k為工作氣體的比熱比，αv為體積膨脹係數，ρh，co為吸入工作氣體朝向冷凍機12的膨脹室之密度，ρl，hl為壓縮機單元50的吸入工作氣體密度，A為包含工作氣體溫度之係數。第3圖中示出工作氣體溫度分別為8K、9K、10K、11K、12K、13K、14K、15K、16K、18K及20K時的冷凍效率ε相對於壓力比Pr的變化。其中，低壓Pl設為模擬實際運行之規定值。
如第3圖所示，冷凍效率ε在某一壓力比下取最大值。例如，若工作氣體溫度為11K，則壓力比Pr為大約1.9時冷凍機的效率ε取最大值亦即大約0.028。如此，在低溫泵10用冷凍機12的第2冷卻台16的典型的溫度區域亦即在大約8K~大約20K下，存在使冷效率ε最大化之壓力比Pr。
因此，本發明的一種實施形態中，壓縮機單元50以選自大約1.6~2.5的壓力比範圍中之壓力比Pr運行。藉此，冷凍機12能夠以最大或接近最大的冷凍效率ε運行。因此，能夠提供節能性能較佳之低溫泵系統100。
在低溫泵10的真空排氣運行中，冷凍機12的第2冷卻台16(亦即第2低溫板34)冷卻至大約9K~大約15K的溫度區域為佳。在該溫度區域中，如第3圖所示，壓力比在大約1.6~2.5的範圍內冷凍效率ε取最大值。從而能夠以最大的冷凍效率ε運行冷凍機12。例如，若溫度為9K，則壓力比Pr為大約2.5時冷凍效率ε成為最大。並且，若溫度為15K，則壓力比Pr為大約1.6時冷凍效率ε成為最大。
並且，壓縮機單元50以選自大約1.9~大約2.1的壓力比範圍中之壓力比Pr運行為佳。此時，亦可以將冷凍機12的第2冷卻台16冷卻至大約10K~大約12K的溫度區域。
與此相對，一典型的低溫泵系統之設計思想僅關注於冷凍機的冷卻做功Q，例如系統被設定為能夠使冷卻做功Q成為最大。其結果，壓縮機的運行壓力比通常為例如大約2.6以上(例如3以上)，偏離上述最佳壓力比範圍。如此，依本發明的實施形態，壓縮機單元50的運行壓力比變得較低。
壓縮機主體52的高壓Ph為大約2.8MPa以上，且/或壓縮機主體52的低壓Pl為大約1.4MPa以上為佳。如此，藉由使壓縮機主體52的高壓Ph和/或低壓Pl變得較高，在高壓Ph與低壓Pl的所希望之差壓下，輕鬆地實現大約1.6~2.5該種較低的最佳運行壓力比。例如，當高壓Ph為2.8MPa而低壓Pl為1.4MPa時，壓力比為2而差壓 為1.4MPa。並且，壓縮機主體52的高壓Ph為3MPa以上，且/或壓縮機主體52的低壓Pl為大約1.5MPa以上亦可以。例如，當高壓Ph為3MPa而低壓Pl為1.5MPa時，壓力比為2而差壓為1.5MPa。
只有在低溫泵用冷凍機12之二段冷卻溫度下，才會有在某一壓力比Pr下冷凍效率ε取最大值之情況出現。第4圖中，將冷凍機12之一段冷卻溫度的一個例子77K下的冷凍效率ε與壓力比Pr之間的關係、和第3圖所示之11K下的冷凍效率ε與壓力比Pr之間的關係做對比而示出。由第4圖可知，在如77K的一段冷卻溫度下不存在冷凍效率ε的最大值。
以上，依據實施例對本發明進行了說明。本發明並不限定於上述實施形態，可以進行各種設計上的變更，亦可以有各種變形例，並且該等變形例亦屬於本發明之範圍，該點對本領域技術人員而言是能夠理解的。
上述實施形態中，壓縮機單元50以被選擇之恆定壓力比Pr運行亦可以。或者，壓縮機單元50在運行中調整壓力比Pr亦可以。此時，壓縮機單元50亦可以以實現與低溫低溫板的測定溫度對應之最大冷凍效率ε的壓力比Pr運行。
並且，上述實施形態中，低溫泵系統100具備複數個低溫泵10。然而，在一種實施形態中，低壓泵系統100僅具備1台低溫泵10亦可以。
在一種實施形態中，低溫泵系統100可以具備冷阱。 亦即低溫泵10與冷阱連接於共用壓縮機單元50亦可以。如此，將冷阱組合於低溫泵系統100亦可以。
10‧‧‧低溫泵
12‧‧‧冷凍機
14‧‧‧第1冷卻台
16‧‧‧第2冷卻台
18‧‧‧第1壓缸
20‧‧‧第2壓缸
21‧‧‧馬達殼體
22‧‧‧冷凍機馬達
23‧‧‧氣體流路切換機構
24‧‧‧高壓氣體入口
26‧‧‧低壓氣體出口
28‧‧‧第1溫度感測器
30‧‧‧第2溫度感測器
32‧‧‧第1低溫板
34‧‧‧第2低溫板
36‧‧‧防熱罩
38‧‧‧擋板
40‧‧‧低溫泵殼體
50‧‧‧壓縮機單元
52‧‧‧壓縮機主體
53‧‧‧壓縮機馬達
54‧‧‧低壓氣體入口
56‧‧‧高壓氣體出口
58‧‧‧低壓流路
60‧‧‧高壓流路
62‧‧‧第1壓力感測器
64‧‧‧第2壓力感測器
70‧‧‧氣體管路
72‧‧‧高壓管路
74‧‧‧低壓管路
100‧‧‧低溫泵系統
102‧‧‧真空腔室
110‧‧‧控制裝置

Claims (6)

  1. 一種低溫泵系統，其特徵在於，具備：至少1個低溫泵，係具備冷凍機、低溫低溫板、及高溫低溫板，前述冷凍機具備低溫冷卻台及高溫冷卻台，前述低溫低溫板藉由前述低溫冷卻台被冷卻，前述高溫低溫板藉由前述高溫冷卻台被冷卻；及壓縮機單元，係具備壓縮供給至前述冷凍機的工作氣體之壓縮機主體，前述壓縮機主體的運行頻率為可變，前述壓縮機單元在前述壓縮機主體的高壓與低壓的壓力比為1.6~2.5的範圍內運行，前述低溫低溫板被冷卻至9K~15K的溫度區域內，前述壓縮機主體的高壓為2.8MPa以上，以ε=Q/W(Q：冷凍機的冷卻做功，W：壓縮機單元的壓縮做功)所定義的冷凍效率ε，在前述9K~15K的溫度區域內係最大或接近最大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵系統，其中，前述至少1個低溫泵為複數個低溫泵，且各低溫泵具備前述冷凍機、前述低溫低溫板、及前述高溫低溫板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵系統，其中，前述低溫泵系統具備壓縮機控制部，前述壓縮機控制部控制前述壓縮機主體的運行頻率，以使前述壓縮機主體的高壓與低壓的壓力差與目標值一致。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵系統，其中，前述壓縮機主體的低壓為1.4MPa以上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之低溫泵系統，其中，前述壓縮機單元具備壓縮機逆變器，前述壓縮機逆變器改變前述壓縮機主體的運行頻率。
  6. 一種低溫泵系統的運行方法，其特徵在於，該低溫泵系統具備：至少1個低溫泵，係具備冷凍機、低溫低溫板、及高溫低溫板，前述冷凍機具備低溫冷卻台及高溫冷卻台，前述低溫低溫板藉由前述低溫冷卻台被冷卻，前述高溫低溫板藉由前述高溫冷卻台被冷卻；及壓縮機單元，係具備壓縮供給至前述冷凍機的工作氣體之壓縮機主體，前述壓縮機主體的運行頻率為可變，前述壓縮機主體的高壓與低壓的壓力比在1.6~2.5的範圍內，前述低溫低溫板被冷卻至9K~15K的溫度區域內，前述壓縮機主體的高壓為2.8MPa以上，前述方法具備運行前述壓縮機主體使得以ε=Q/W(Q：冷凍機的冷卻做功，W：壓縮機單元的壓縮做功)所定義的冷凍效率ε，在前述9K~15K的溫度區域內係以最大或接近最大之步驟。
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