WO2017047633A1 - 冷凍システムおよびその制御方法 - Google Patents

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cryogenic
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refrigeration system
refrigerator
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隼人 根塚
正平 高見
朝文 折笠
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株式会社 東芝
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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/19—Calculation of parameters

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a refrigeration system and a control method thereof.
  • Cryogenic refrigerators can cool superconducting magnets, for example, and are used in refrigeration systems for healthcare equipment such as MRI (Magnetic Resonance Imaging) devices, heavy ion cancer treatment devices, etc.
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • vibration and noise are generated when operating the cryogenic refrigerator, causing a burden on the patient and an obstacle to precision equipment.
  • cryogenic refrigerator is a low vibration cryogenic refrigerator such as a pulse tube refrigerator.
  • the reliability and performance of this low-vibration cryogenic refrigerator is that of a conventional cryogenic refrigerator that uses a displacer, such as GM (Gifford McMahon). It is inferior compared. Therefore, it is required to reduce vibration and noise generated by operating a refrigerator using a displacer, which is a conventional high-reliability and high-performance cryogenic refrigerator.
  • the cryogenic refrigerator using this displacer adiabatically expands the refrigerant gas (working fluid) compressed by the compressor, such as helium gas, by the reciprocating motion (vertical motion) of the displacer inside the cylinder,
  • the cooling end is cooled by exchanging heat with the regenerator in the displacer.
  • An object of the present invention is to provide a refrigeration system capable of reducing vibration and noise generated by a displacer of a plurality of cryogenic refrigerators and a control method thereof.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a refrigeration system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure performed by the refrigeration system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining phase control by the arithmetic unit of the refrigeration system in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the refrigeration system in the second embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure performed by the refrigeration system according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the refrigeration system in the third embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure performed by the refrigeration system according to the third embodiment.
  • the refrigeration system in the embodiment includes a plurality of cryogenic refrigerators that generate cold air by expanding refrigerant gas in an expansion space formed in the cylinder as the displacer reciprocates in the cylinder by driving a motor. And a detection unit that detects a phase of the reciprocating motion of the displacer of the plurality of cryogenic refrigerators, and a frequency that suppresses mutual vibrations generated by the reciprocating motion of the displacers of the plurality of cryogenic refrigerators. A calculation unit that calculates an operating frequency of the motors of the plurality of cryogenic refrigerators based on a detection result by the detection unit, and a motor of the plurality of cryogenic refrigerators based on the calculation result by the calculation unit. And a driving unit for driving.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a refrigeration system according to the first embodiment.
  • the refrigeration system in the first embodiment includes a cryogenic refrigerator 1 and a controller 10.
  • the cryogenic refrigerator 1 includes a first GM refrigerator 20 and a second GM refrigerator 30.
  • the first GM refrigerator 20 is connected to a first compressor (compressor) 21 that compresses the refrigerant gas.
  • the second GM refrigerator 30 is connected to a second compressor 31 that compresses the refrigerant gas.
  • the first displacer phase measuring unit 26 and the second displacer phase measuring unit 36 continuously measure the displacement of the displacer, for example, by laser measurement.
  • the controller 10 includes an arithmetic device 11, a first drive unit 12, and a second drive unit 13.
  • the first GM refrigerator 20 includes a motor 22, a cylinder 23, a displacer 24, a first cooling end 25, and a first displacer phase measuring unit 26.
  • the second GM refrigerator 30 includes a motor 32, a cylinder 33, a displacer 34, a second cooling end 35, and a second displacer phase measuring unit 36.
  • the refrigerant gas compressed by the first compressor 21 is the first GM. It flows into the cylinder 23 in the refrigerator 20.
  • the refrigerant gas compressed by the second compressor 31 when the intake valve (not shown) of the refrigerant gas flow path between the second compressor 31 and the second GM refrigerator 30 is opened is the second GM. It flows into the cylinder 33 in the refrigerator 30.
  • the first GM refrigerator 20 has a configuration in which the displacer 24 reciprocates along the axial direction of the cylinder 23 in the cylinder 23 when the motor 22 is driven.
  • an expansion space exists between the cylinder 23 and the displacer 24.
  • the displacer 24 reciprocates in the cylinder 23 to expand the high-pressure refrigerant gas supplied to the expansion space, and cryogenic air is generated by this expansion.
  • the second GM refrigerator 30 The same applies to the second GM refrigerator 30.
  • the cryogenic refrigerator 1 described above includes the cooling end 40 by thermally connecting the first cooling end 25 of the first GM refrigerator 20 and the second cooling end 35 of the second GM refrigerator 30 together. Constitute.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure performed by the refrigeration system according to the first embodiment.
  • the operation of the first GM refrigerator 20 is the same as the operation of the second GM refrigerator 30.
  • the operation of the first compressor 21 is the same as the operation of the second compressor 31.
  • the description of the operations of the first GM refrigerator 20 and the first compressor 21 is a detailed description, while the description of the operations of the second GM refrigerator 30 and the second compressor 31 is a simplified description.
  • the first GM refrigerator 20 and the second GM refrigerator 30 in the cryogenic refrigerator 1 are operated.
  • the arithmetic unit 11 in the controller 10 reads the displacer phase signal indicating the displacement of the displacer 24 from the first displacer phase measuring unit 26, and reads the displacer phase signal indicating the displacement of the displacer 34 from the second displacer phase measuring unit 36 (A11). ).
  • the arithmetic unit 11 includes an A / D converter (not shown).
  • the arithmetic unit 11 converts the displacer phase signal into digital data by an A / D converter, calibrates it, and stores this data in a storage device (not shown) as phase data of the reciprocating motion of the displacers 24 and 34. .
  • the arithmetic unit 11 Based on the phase data of the reciprocating motion of the displacer 24 of the first GM refrigerator 20 and the phase data of the reciprocating motion of the displacer 34 of the second GM refrigerator 30, the arithmetic unit 11 reciprocates each of the displacers 24 and 34. The timing of the peak of the phase of vibration or noise produced by this is detected (A12).
  • the arithmetic unit 11 detects the timing of the phase peak at the frequency indicating the corresponding vibration or the timing of the phase peak at the frequency indicating the noise.
  • the timing of the peak of the vibration phase produced by the reciprocating motion of the displacer 24 of the first GM refrigerator 20 detected as described above is the vibration timing produced by the reciprocating motion of the displacer 34 of the second GM refrigerator 30.
  • the displacer 34 of the second GM refrigerator 30 reciprocates so that it does not overlap with the timing of the phase peak, or the timing of the noise phase peak generated by the reciprocating movement of the displacer 24 of the first GM refrigerator 20.
  • the arithmetic unit 11 performs the following calculation for phase control so that it does not overlap with the timing of the phase peak of the noise produced by the above (A13). This phase control is performed in real time based on PID (Proportional-Integral-Derivative) control based on classical control theory or modern control theory.
  • PID Proportional-Integral-Derivative
  • FIG. 3 is a diagram for explaining phase control by the arithmetic unit of the refrigeration system in the first embodiment.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 indicates time T, and the vertical axis indicates the magnitude V of vibration.
  • the vertical axis may be the noise level.
  • the peak timing of the vibration phase 71 of the displacer 24 of the first GM refrigerator 20 and the peak timing of the vibration phase 72 of the displacer 34 of the second GM refrigerator 30 overlap. If so, the value of the vibration phase 70 obtained by synthesizing these vibration phases is larger than that in the case where the timing is shifted.
  • the timing of the peak of the vibration phase 71 and the timing of the peak of the vibration phase 72 are deviated, the value of the vibration phase 70 obtained by combining these vibration phases is the case where the timing overlaps as described above. Small compared.
  • the arithmetic unit 11 determines the detected peak timing of the vibration phase 71 of the displacer 24 of the first GM refrigerator 20 and the detected peak timing of the vibration phase 72 of the displacer 34 of the second GM refrigerator 30.
  • the new operating frequency of the motor 32 is calculated.
  • Arithmetic unit 11 is a new operation of motor 32 of second GM refrigerator 30 for phase control under the condition that the operating frequency of motor of any one of the refrigerators, for example, motor 22 of first GM refrigerator 20 is fixed. The frequency may be calculated. In this way, the arithmetic unit 11 performs a calculation for phase control so that the peak of the combined vibration phase 70 becomes smaller by shifting the timing of the peaks of the vibration phases 71 and 72.
  • the vibration phases 71 and 72 are opposite phases, the peak value of the combined vibration phase 70 becomes the smallest, so that the arithmetic unit 11 can determine the vibration phases 71 and 72 of each other.
  • the calculation for phase control may be performed so that is in the opposite phase.
  • the arithmetic device 11 outputs a control signal based on the above calculation result to the first drive unit 12 and the second drive unit 13 (A14).
  • the first drive unit 12 has a single-phase inverter. This inverter has, for example, a DC power supply and a plurality of semiconductor switching elements as a power converter, and is connected to the DC power supply.
  • the control signal from the arithmetic unit 11 is converted into the single phase alternating voltage command value which shows a desired frequency and amplitude with a direct-current power supply and a single phase inverter, and it is sent to the motor 22 of the 1st GM refrigerator 20 Supply.
  • the 2nd drive part 13 converts the control signal from the arithmetic unit 11 into the single phase alternating voltage command value which shows a desired frequency and amplitude, and supplies it to the motor 32 of the 2nd GM refrigerator 30.
  • the first drive unit 12 changes the operating frequency of the motor 22 of the first GM refrigerator 20 based on the single-phase AC voltage command value based on the calculation result from the calculation device 11.
  • the 2nd drive part 13 changes the frequency of the motor 32 of the 2nd GM refrigerator 30 with the single phase alternating voltage command value based on the calculation result from the calculating apparatus 11 (A15).
  • the refrigeration system according to the first embodiment is based on the measurement result of the phase indicating the vibration and noise generated by the reciprocating motion of the displacer of each GM refrigerator.
  • the frequency of the motor of each GM refrigerator is controlled so that the phase peak timings are shifted from each other. Thereby, vibration and noise in each GM refrigerator can be reduced.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the refrigeration system in the second embodiment.
  • the refrigeration system in the second embodiment does not include the first displacer phase measurement unit 26 and the second displacer phase measurement unit 36 described in the first embodiment.
  • the refrigeration system in the second embodiment includes a first pressure measurement unit 51 and a second pressure measurement unit 52.
  • the first pressure measurement unit 51 is provided between the first GM refrigerator 20 and the first compressor 21.
  • the second pressure measurement unit 52 is provided between the second GM refrigerator 30 and the second compressor 31.
  • the first pressure measurement unit 51 is based on a change in the operating pressure of the first GM refrigerator 20, that is, the interval at which the valve of the refrigerant gas flow path between the first compressor 21 and the first GM refrigerator 20 is changed. The change in pressure is measured, and the measurement result is output to the arithmetic unit 11.
  • the second pressure measurement unit 52 also changes the operating pressure of the second GM refrigerator 30, that is, the interval at which the refrigerant gas flow path valve between the second compressor 31 and the second GM refrigerator 30 is opened. The change in pressure due to this is measured, and the measurement result is output to the arithmetic unit 11.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure performed by the refrigeration system according to the second embodiment.
  • the first pressure measurement unit 51 measures the change in the operating pressure of the first GM refrigerator 20 and outputs the measurement result to the arithmetic device 11.
  • the 2nd pressure measurement part 52 measures the change of the operating pressure of the 2nd GM refrigerator 30, and outputs a measurement result to the arithmetic unit 11 (A21).
  • the arithmetic unit 11 Based on the measurement result of the operation pressure change of the first GM refrigerator 20 from the first pressure measurement unit 51 or the measurement result of the operation pressure change of the second GM refrigerator 30 from the second pressure measurement unit 52, the arithmetic unit 11. Calculates the phase of vibration or noise produced by the reciprocating motion of the displacer of each GM refrigerator, and detects the timing of the peak of the calculated vibration or noise phase (A22).
  • the arithmetic unit 11 shifts the peak timing of the vibration phase 71 of the displacer 24 of the first GM refrigerator 20 and the peak timing of the vibration phase 72 of the displacer 34 of the second GM refrigerator 30.
  • a new operating frequency of the motor 22 of the first GM refrigerator 20 and a new operating frequency of the motor 32 of the second GM refrigerator 30 are calculated for phase control. Subsequent operations are the same as those in the first embodiment (A23 to A25).
  • the number of GM refrigerators in the cryogenic refrigerator 1 is three or more, vibration and noise can be suppressed by performing similar control for these GM refrigerators.
  • the refrigeration system includes the measurement result of the operating pressure change of the first GM refrigerator 20 from the first pressure measurement unit 51 or the second GM refrigerator 30 from the second pressure measurement unit 52. Based on the measurement result of the operating pressure change, the timing of the peak of the vibration and noise phase produced by the reciprocating motion of the displacer of each GM refrigerator is detected.
  • the refrigeration system controls the operating frequency of the motor of each GM refrigerator so as to shift the timing of the peak of the vibration and noise phases between the GM refrigerators. Thereby, the vibration and noise in each GM refrigerator can be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the refrigeration system in the third embodiment.
  • the refrigeration system according to the third embodiment does not include the first displacer phase measurement unit 26 and the second displacer phase measurement unit 36 described in the first embodiment.
  • a first vibration measurement unit 61 is provided at the first cooling end 25, and a second vibration measurement unit 62 is provided at the second cooling end 35.
  • the first vibration measurement unit 61 measures the vibration change of the first GM refrigerator 20 itself and outputs the measurement result to the arithmetic device 11.
  • the second vibration measuring unit 62 measures the vibration change of the second GM refrigerator 30 itself and outputs the measurement result to the arithmetic device 11.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of an operation procedure performed by the refrigeration system according to the third embodiment.
  • the first vibration measurement unit 61 measures the change in vibration of the first GM refrigerator 20 itself, and outputs the measurement result to the arithmetic device 11.
  • the 2nd vibration measurement part 62 measures the change of the vibration of 2nd GM refrigerator 30 itself, and outputs a measurement result to the arithmetic unit 11 (A31).
  • the arithmetic device 11 Based on the measurement result of the vibration change of the first GM refrigerator 20 from the first vibration measurement unit 61 and the measurement result of the vibration change of the second GM refrigerator 30 from the second vibration measurement unit 62, the arithmetic device 11 Calculates the phase of vibration or noise produced by the reciprocating motion of the displacer of each GM refrigerator, and detects the timing of the peak of the calculated phase (A32).
  • the arithmetic unit 11 shifts the peak timing of the vibration phase 71 of the displacer 24 of the first GM refrigerator 20 and the peak timing of the vibration phase 72 of the displacer 34 of the second GM refrigerator 30.
  • a new operating frequency of the motor 22 of the first GM refrigerator 20 and a new operating frequency of the motor 32 of the second GM refrigerator 30 are calculated for phase control. Subsequent operations are the same as those in the first embodiment (A33 to A35).
  • the number of GM refrigerators in the cryogenic refrigerator 1 is three or more, vibration and noise can be suppressed by performing similar control for these GM refrigerators.
  • the refrigeration system in the third embodiment includes the measurement result of the vibration change of the first GM refrigerator 20 from the first vibration measurement unit 61 and the second GM refrigerator 30 from the second vibration measurement unit 62.
  • the timing of the peak of vibration and noise phase produced by the reciprocating motion of the displacer of each GM refrigerator is detected.
  • the operating frequency of the motor of each GM refrigerator is controlled so that the timings of the peak phases of vibration and noise between the GM refrigerators are shifted from each other. Thereby, vibration and noise in each GM refrigerator can be reduced.
  • the method realized by the arithmetic device 11 described in each embodiment is a program (software means) that can be executed by a computer (computer), for example, a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), It can be stored in a recording medium such as an optical disk (CD-ROM, DVD, MO, etc.), a semiconductor memory (ROM, RAM, flash memory, etc.), or transmitted by a communication medium and distributed.
  • the program stored on the medium side includes a setting program that configures software means (including not only the execution program but also a table and data structure) in the computer.
  • a computer that implements this system reads a program recorded on a recording medium, constructs software means by a setting program as the case may be, and executes the above-described processing by controlling the operation by this software means.
  • the recording medium referred to in this specification is not limited to distribution, but includes a storage medium such as a magnetic disk or a semiconductor memory provided in a computer or a device connected via a network.

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Abstract

実施形態における冷凍システムは、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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出する検出部と、前記複数の極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を前記検出部による検出結果に基づいて演算する演算部と、前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部とを有する。

Description

冷凍システムおよびその制御方法
　本発明の実施形態は、冷凍システムおよびその制御方法に関する。
　極低温冷凍機は、例えば超電導マグネットを冷却することができ、ヘルスケア機器、例えばＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging（磁気共鳴画像））装置、重粒子線がん治療装置等のための冷凍システムに採用される。しかし、この極低温冷凍機を運転する時に振動や騒音が発生するため、患者への負担や精密機器への障害が生じる。
　極低温冷凍機の別の例として、低振動型の極低温冷凍機、例えばパルスチューブ冷凍機等がある。しかし、この低振動型の極低温冷凍機の信頼性や性能は、ディスプレーサ（Displacer）を使用した従来の極低温冷凍機、例えばＧＭ（ギフォード・マクマホン（Gifford McMahon）冷凍機の信頼性や性能が比べて劣る。　
　このため、従来型の高信頼性かつ高性能な極低温冷凍機である、ディスプレーサを使用した冷凍機を運転することにより発生する振動及び騒音を低減させることが要求される。
　このディスプレーサを使用した極低温冷凍機は、コンプレッサにより圧縮された冷媒ガス（作動流体）、例えばヘリウムガスなどを、シリンダ内部のディスプレーサが周期的に往復運動（上下運動）することにより断熱膨張させ、このディスプレーサ内の蓄冷器との間で熱交換することにより冷却端を冷却する。　
　また、冷却端の温度を計測し、この計測した温度が目標冷却温度を維持するように、複数の冷凍機を演算制御部により稼働制御する技術がある。
特開２００４－３１７０４８号公報
　複数の極低温冷凍機の冷却端同士を熱的に接続して運転した場合、各極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより振動や騒音のピークのタイミングが重なり合うと、冷却対象から発生する振動及び騒音が顕著となる。
　本発明の目的は、複数の極低温冷凍機のディスプレーサにより発生する振動や騒音を低減することが可能な冷凍システムおよびその制御方法を提供することである。
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。 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。 図３は、第１の実施形態における冷凍システムの演算装置による位相制御について説明する図である。 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。 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。 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。 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。
　実施形態における冷凍システムは、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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出する検出部と、前記複数の極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する演算部と、前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部とを有する。
　以下、実施形態について図面を用いて説明する。　
　（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第１圧縮機（コンプレッサ）２１と接続される。第２ＧＭ冷凍機３０は、冷媒ガスを圧縮する第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。
　第１圧縮機２１と、この第１ＧＭ冷凍機２０との間における冷媒ガスの流路に設けられる図示しない吸気弁が開いたときに、第１圧縮機２１により圧縮された冷媒ガスは、第１ＧＭ冷凍機２０内のシリンダ２３内に流入する。同様に、第２圧縮機３１と、この第２ＧＭ冷凍機３０との間の冷媒ガスの流路の図示しない吸気弁が開いたときに第２圧縮機３１により圧縮された冷媒ガスは、第２ＧＭ冷凍機３０内のシリンダ３３内に流入する。
　第１ＧＭ冷凍機２０は、モータ２２が駆動することによりシリンダ内２３でディスプレーサ２４がシリンダ２３の軸方向に沿って往復運動する構成を有する。また、シリンダ２３とディスプレーサ２４との間には、膨張空間が存在する。そして、上記のようにディスプレーサ２４がシリンダ２３内で往復運動することにより、膨張空間に供給された高圧の冷媒ガスを膨張し、この膨張により極低温の冷気が発生する。第２ＧＭ冷凍機３０についても同様である。
　この実施形態では、冷凍機としてＧＭ冷凍機を適用した場合について説明するが、これに限らず、冷凍機として、ディスプレーサを使用する各種の極低温冷凍装置（例えば、ソルベイ（solvay）冷凍機、スターリング（stirling）冷凍機等）を適用できる。　
　上記の極低温冷凍機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することで冷却端４０を構成する。
　（作用）
　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の動作は、第２ＧＭ冷凍機３０の動作と同じである。第１圧縮機２１の動作は、第２圧縮機３１の動作と同じである。このため、第１ＧＭ冷凍機２０および第１圧縮機２１の動作の説明は詳細な説明とする一方で、第２ＧＭ冷凍機３０および第２圧縮機３１の動作の説明は簡略な説明とする。
　まず、極低温冷凍機１内の第１ＧＭ冷凍機２０及び第２ＧＭ冷凍機３０を稼働させる。コントローラ１０内の演算装置１１は、ディスプレーサ２４の変位を示すディスプレーサ位相信号を第１ディスプレーサ位相計測部２６から読み込み、ディスプレーサ３４の変位を示すディスプレーサ位相信号を第２ディスプレーサ位相計測部３６から読み込む（Ａ１１）。
　演算装置１１は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）を内蔵する。演算装置１１は、ディスプレーサ位相信号を、Ａ／Ｄ変換器によりディジタルデータに変換し、校正を経て、このデータをディスプレーサ２４，３４の往復運動の位相データとして記憶装置（図示せず）に記憶する。
　第１ＧＭ冷凍機２０のディスプレーサ２４の往復運動の位相データと、第２ＧＭ冷凍機３０のディスプレーサ３４の往復運動の位相データとに基づいて、演算装置１１は、それぞれのディスプレーサ２４，３４が往復運動することによって作り出される振動もしくは騒音の位相のピークのタイミングを検出する（Ａ１２）。
　ここで、位相計測された信号の全周波数のうち、振動を示す周波数や騒音を示す周波数は、実験やシミュレーション等で予め決定されると仮定する。演算装置１１は、該当の振動を示す周波数における位相ピークのタイミング、または、騒音を示す周波数における位相ピークのタイミングを検出する。
　上記のように検出した、第１ＧＭ冷凍機２０のディスプレーサ２４が往復運動すること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、第２ＧＭ冷凍機３０のディスプレーサ３４が往復運動すること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と重ならないように、または、第１ＧＭ冷凍機２０のディスプレーサ２４が往復運動すること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、第２ＧＭ冷凍機３０のディスプレーサ３４が往復運動すること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と重ならないように、演算装置１１は、以下の位相制御のための演算を行う（Ａ１３）。　
　この位相制御は、古典制御理論に基づくＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御や現代制御理論に基づいてリアルタイムで実施される。
　図３は、第１の実施形態における冷凍システムの演算装置による位相制御について説明する図である。図３に示したグラフの横軸は時刻Ｔを示し、縦軸は振動の大きさＶを示す。縦軸は騒音の大きさであってもよい。　
　図３に示したように、時刻０において、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、これらの振動位相を合成した振動位相７０の値は、上記のタイミングがずれている場合と比較して大きい。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場合、これらの振動位相を合成した振動位相７０の値は、上記のようにタイミングが重なっている場合と比較して小さい。
　そこで演算装置１１は、上記の検出した第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、上記の検出した第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をずらす位相制御のための、好ましくは、合成した振動位相７０のピークの値を目標値以下とする位相制御のための、第１ＧＭ冷凍機２０のモータ２２の新たな稼働周波数および第２ＧＭ冷凍機３０のモータ３２の新たな稼働周波数を演算する。　
　演算装置１１は、いずれか一方の冷凍機のモータ、例えば第１ＧＭ冷凍機２０のモータ２２の稼働周波数を固定した条件で、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。
　また、図３に示すように、互いの振動位相７１，７２を逆位相とすれば、合成した振動位相７０のピークの値が最も小さくなるので、演算装置１１は、互いの振動位相７１，７２が逆位相となるように、位相制御のための演算を行なってもよい。
　演算装置１１は、上記の演算結果に基づく制御信号を第１駆動部１２および第２駆動部１３へ出力する（Ａ１４）。　
　第１駆動部１２は、単相インバータを有する。このインバータは、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。第１駆動部１２では、直流電源と単相インバータとにより、演算装置１１からの制御信号を所望の周波数及び振幅を示す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、演算装置１１からの制御信号を所望の周波数および振幅を示す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。
　演算装置１１からの演算結果に基づく単相交流電圧指令値により、第１駆動部１２は、第１ＧＭ冷凍機２０のモータ２２の稼働周波数を変更する。同様に、演算装置１１からの演算結果に基づく単相交流電圧指令値により、第２駆動部１３は、第２ＧＭ冷凍機３０のモータ３２の周波数を変更する（Ａ１５）。
　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が往復運動すること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冷凍機の数が３以上である場合、これらのＧＭ冷凍機についての同様な制御を行うことで振動や騒音を抑制できる。
　（効果）
　このように第１の実施形態における冷凍システムは、各ＧＭ冷凍機のディスプレーサが往復運動することによって作り出される振動や騒音を示す位相の計測結果に基づいて、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。これによって、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。
　（第２の実施形態）
　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の実施形態における冷凍システムは、第１の実施形態で説明した第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を有しない。一方、第２の実施形態における冷凍システムは、第１圧力計測部５１、第２圧力計測部５２を有する。第１圧力計測部５１は、第１ＧＭ冷凍機２０と第１圧縮機２１との間に設けられる。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。
　第１圧力計測部５１は、第１ＧＭ冷凍機２０の動作圧力の変化、つまり第１圧縮機２１と第１ＧＭ冷凍機２０との間の冷媒ガスの流路の弁を開く間隔が変化することによる圧力の変化を計測し、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、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が変化することによる圧力の変化を計測し、計測結果を演算装置１１に出力する。
　（作用）
　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、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、計測結果を演算装置１１に出力する（Ａ２１）。
　第１圧力計測部５１からの第１ＧＭ冷凍機２０の動作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の動作圧力変化の計測結果に基づいて、演算装置１１は、各ＧＭ冷凍機のディスプレーサが往復運動することによって作り出される振動もしくは騒音の位相を演算し、この演算した振動や騒音の位相のピークのタイミングを検出する（Ａ２２）。
　第１の実施形態と同様に、演算装置１１は、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をずらす位相制御のための、第１ＧＭ冷凍機２０のモータ２２の新たな稼働周波数および第２ＧＭ冷凍機３０のモータ３２の新たな稼働周波数を演算する。以降の動作は第１の実施形態と同様である（Ａ２３～Ａ２５）。　
　極低温冷凍機１内のＧＭ冷凍機の数が３以上である場合、これらの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。
　（効果）
　このように第２の実施形態における冷凍システムは、第１圧力計測部５１からの第１ＧＭ冷凍機２０の動作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の動作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が往復運動すること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する。冷凍システムは、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。これにより、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。
　（第３の実施形態）
　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の実施形態における冷凍システムは、第１の実施形態で説明した第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を有しない。一方、第３の実施形態における冷凍システムでは、第１冷却端２５に第１振動計測部６１が設けられ、第２冷却端３５に第２振動計測部６２が設けられる。
　第１振動計測部６１は第１ＧＭ冷凍機２０自体の振動変化を計測し、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自体の振動変化を計測し、計測結果を演算装置１１に出力する。
　（作用）
　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、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、計測結果を演算装置１１に出力する（Ａ３１）。
　第１振動計測部６１からの第１ＧＭ冷凍機２０の振動の変化の計測結果、および、第２振動計測部６２からの第２ＧＭ冷凍機３０の振動の変化の計測結果に基づいて、演算装置１１は、各ＧＭ冷凍機のディスプレーサが往復運動することによって作り出される振動もしくは騒音の位相を演算し、この演算した位相のピークのタイミングを検出する（Ａ３２）。
　第１の実施形態と同様に、演算装置１１は、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をずらす位相制御のための、第１ＧＭ冷凍機２０のモータ２２の新たな稼働周波数および第２ＧＭ冷凍機３０のモータ３２の新たな稼働周波数を演算する。以降の動作は第１の実施形態と同様である（Ａ３３～Ａ３５）。　
　極低温冷凍機１内のＧＭ冷凍機の数が３以上である場合、これらの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。
　（効果）
　このように第３の実施形態における冷凍システムは、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が往復運動すること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する。この冷凍システムは、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。これによって、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。
　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　また、各実施形態に記載した演算装置１１により実現する手法は、計算機（コンピュータ）に実行させることができるプログラム（ソフトウエア手段）として、例えば磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＭＯ等）、半導体メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等）等の記録媒体に格納し、また通信媒体により伝送して頒布することもできる。なお、媒体側に格納されるプログラムには、計算機に実行させるソフトウエア手段（実行プログラムのみならずテーブルやデータ構造も含む）を計算機内に構成させる設定プログラムをも含む。本システムを実現する計算機は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、また場合により設定プログラムによりソフトウエア手段を構築し、このソフトウエア手段によって動作が制御されることにより上述した処理を実行する。なお、本明細書でいう記録媒体は、頒布用に限らず、計算機内部あるいはネットワークを介して接続される機器に設けられた磁気ディスクや半導体メモリ等の記憶媒体を含むものである。
　１…極低温冷凍機、１１…演算装置、１２…第１駆動部、１３…第２駆動部、２０…第１ＧＭ冷凍機、２１…第１圧縮機、２２，３２…モータ、２３，３３…シリンダ、２４，３４…ディスプレーサ、２５…第１冷却端、２６…第１ディスプレーサ位相計測部、３０…第２ＧＭ冷凍機、３１…第２圧縮機、３５…第２冷却端、３６…第２ディスプレーサ位相計測部、４０…冷却端、５１…第１圧力計測部、５２…第２圧力計測部、６１…第１振動計測部、６２…第２振動計測部。

Claims (13)

  1. 　モータが駆動すること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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、
    　前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することによる位相を検出する検出部と、
    　前記複数の極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を前記検出部による検出結果に基づいて演算する演算部と、
    　前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部とを備えたことを特徴とする冷凍システム。
  2. 　モータが駆動すること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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、
    　前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することによる位相を検出する検出部と、
    　前記複数の極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの騒音を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する演算部と、
    　前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  3. 　モータが駆動すること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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、
    　前記複数の極低温冷凍機の動作圧力を検出する検出部と、
    　前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動を前記検出部による検出結果に基づいて演算し、前記演算した振動を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算部と、
    　前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  4. 　モータが駆動すること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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、
    　前記複数の極低温冷凍機の動作圧力を検出する検出部と、
    　前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの騒音を、前記検出部による検出結果に基づいて演算し、前記演算した騒音を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算部と、
    　前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  5. 　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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、
    　前記複数の極低温冷凍機の振動を検出する検出部と、
    　前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動を、前記検出部による検出結果に基づいて演算し、前記演算した振動を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算部と、
    　前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  6. 　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冷気を発生させる複数の極低温冷凍機と、
    　前記複数の極低温冷凍機の振動を検出する検出部と、
    　前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの騒音を、前記検出部による検出結果に基づいて演算し、前記演算した騒音を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算部と、
    　前記演算部による演算結果に基づいて、前記複数の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動部と
    を備えたことを特徴とする冷凍システム。
  7. 　前記演算部は、
    　前記複数の極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動のピークのタイミングをずらす、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する
    　ことを特徴とする請求項１、３、５のいずれかに記載の冷凍システム。
  8. 　前記演算部は、
    　前記複数の極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの騒音のピークのタイミングをずらす、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する
    　ことを特徴とする請求項２、４、６のいずれかに記載の冷凍システム。
  9. 　前記複数の極低温冷凍機は、２つの極低温冷凍機であり、
    　前記演算部は、
    　前記２つの極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動の位相を逆とする、前記２つの極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する
    　ことを特徴とする請求項１、３、５のいずれかに記載の冷凍システム。
  10. 　前記複数の極低温冷凍機は、２つの極低温冷凍機であり、
    　前記演算部は、
    　前記２つの極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの騒音の位相を逆とする、前記２つの極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する
    　ことを特徴とする請求項２、４、６のいずれかに記載の冷凍システム。
  11. 　前記演算部は、
    　前記複数の極低温冷凍機のうち１つの極低温冷凍機のモータの稼働周波数を固定して、前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動を抑制する周波数である、他の前記極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する
    　ことを特徴とする請求項１、３、５のいずれかに記載の冷凍システム。
  12. 　前記演算部は、
    　前記複数の極低温冷凍機のうち１つの極低温冷凍機のモータの稼働周波数を固定して、前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの騒音を抑制する周波数である、他の前記極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出部による検出結果に基づいて演算する
    　ことを特徴とする請求項２、４、６のいずれかに記載の冷凍システム。
  13. 　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冷気を発生させる複数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、
    　前記複数の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出し、
    　前記複数の極低温冷凍機のディスプレーサが往復運動することにより発生する互いの振動を抑制する周波数である、前記複数の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を、前記検出した結果に基づいて演算し、
    　前記演算した結果に基づいて、前記複数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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2576185B (en) * 2018-08-08 2022-07-20 Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd Noise reduction method for a cryogenic cooling system

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01210765A (ja) * 1988-02-19 1989-08-24 Toshiba Corp 極低温冷凍機
JPH0229557A (ja) * 1988-04-05 1990-01-31 Mitsubishi Electric Corp 冷熱機械
JPH02213655A (ja) * 1988-06-29 1990-08-24 Daikin Ind Ltd 極低温膨脹機の制御装置
JPH06159835A (ja) * 1992-11-30 1994-06-07 Sanyo Electric Co Ltd 連動クライオポンプ装置
JP2000199653A (ja) * 1998-12-28 2000-07-18 Sharp Corp スタ―リング冷凍機の制御方法およびスタ―リング冷凍機
JP2004020029A (ja) * 2002-06-14 2004-01-22 Sharp Corp 冷凍機の異常診断装置及び異常診断方法
JP2011521201A (ja) * 2008-05-21 2011-07-21 ブルックス オートメーション インコーポレイテッド リニア駆動を利用した極低温冷凍機
WO2013168206A1 (ja) * 2012-05-11 2013-11-14 キヤノンアネルバ株式会社 冷凍機、冷却トラップ

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004317048A (ja) 2003-04-17 2004-11-11 Fuji Electric Systems Co Ltd 冷凍装置
US8639388B2 (en) * 2010-05-25 2014-01-28 Raytheon Company Time domain vibration reduction and control
FR2963667B1 (fr) * 2010-08-03 2014-04-25 Commissariat Energie Atomique Dispositif de cryorefrigeration et procede de mise en oeuvre
KR101384575B1 (ko) * 2013-12-11 2014-04-11 지브이티 주식회사 소음 및 진동 저감을 위한 극저온 냉동기 및 이를 갖는 크라이오펌프

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01210765A (ja) * 1988-02-19 1989-08-24 Toshiba Corp 極低温冷凍機
JPH0229557A (ja) * 1988-04-05 1990-01-31 Mitsubishi Electric Corp 冷熱機械
JPH02213655A (ja) * 1988-06-29 1990-08-24 Daikin Ind Ltd 極低温膨脹機の制御装置
JPH06159835A (ja) * 1992-11-30 1994-06-07 Sanyo Electric Co Ltd 連動クライオポンプ装置
JP2000199653A (ja) * 1998-12-28 2000-07-18 Sharp Corp スタ―リング冷凍機の制御方法およびスタ―リング冷凍機
JP2004020029A (ja) * 2002-06-14 2004-01-22 Sharp Corp 冷凍機の異常診断装置及び異常診断方法
JP2011521201A (ja) * 2008-05-21 2011-07-21 ブルックス オートメーション インコーポレイテッド リニア駆動を利用した極低温冷凍機
WO2013168206A1 (ja) * 2012-05-11 2013-11-14 キヤノンアネルバ株式会社 冷凍機、冷却トラップ

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