特許 6067423 極低温冷凍装置、クライオポンプ、核磁気共鳴画像装置、及び極低温冷凍装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6067423

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】極低温冷凍装置、クライオポンプ、核磁気共鳴画像装置、及び極低温冷凍装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/14 20060101AFI20170116BHJP

   F25B 9/00 20060101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   F25B9/14 530Z

   F25B9/00 311

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-41438(P2013-41438)

(22)【出願日】2013年3月4日

(65)【公開番号】特開2014-169813(P2014-169813A)

(43)【公開日】2014年9月18日

【審査請求日】2015年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 走

(72)【発明者】

【氏名】松井 孝聡

【審査官】 横溝 顕範

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−０１５６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２２９５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４９７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０２９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ９／００

Ｆ２５Ｂ ９／１４

Ｆ０４Ｂ ３７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動ガス源と、
複数の冷凍機と、
前記複数の冷凍機の各々と前記作動ガス源との間で作動ガスを循環させるように前記作動ガス源に前記複数の冷凍機を並列に接続するガスラインと、を備え、
前記ガスラインは、前記複数の冷凍機のうち対応する冷凍機の作動ガス流れの圧力損失を個別に制御可能である制御要素を備え、
前記制御要素は、前記対応する冷凍機に直列に設けられ、
前記作動ガス源は、前記ガスラインを通じて前記複数の冷凍機へと高圧作動ガスを供給しかつ前記複数の冷凍機から前記ガスラインを通じて低圧作動ガスを回収する少なくとも１つの圧縮機を備え、
前記高圧作動ガスと前記低圧作動ガスとの差圧を目標圧に制御するように前記圧縮機の運転周波数を制御するための圧縮機制御部をさらに備えることを特徴とする極低温冷凍装置。

【請求項2】

作動ガス源と、
複数の冷凍機と、
前記複数の冷凍機の各々と前記作動ガス源との間で作動ガスを循環させるように前記作動ガス源に前記複数の冷凍機を並列に接続するガスラインと、を備え、
前記ガスラインは、前記複数の冷凍機のうち対応する冷凍機の作動ガス流れの圧力損失を個別に制御可能である制御要素を備え、
前記制御要素は、前記対応する冷凍機に直列に設けられ、
前記対応する冷凍機の冷却温度を目標温度に制御するように前記制御要素を個別に制御するための温度制御部をさらに備えることを特徴とする極低温冷凍装置。

【請求項3】

前記作動ガス源は、前記ガスラインを通じて前記複数の冷凍機へと高圧作動ガスを供給しかつ前記複数の冷凍機から前記ガスラインを通じて低圧作動ガスを回収する少なくとも１つの圧縮機を備え、
前記極低温冷凍装置は、前記高圧作動ガスと前記低圧作動ガスとの差圧を目標圧に制御するように前記圧縮機の運転周波数を制御するための圧縮機制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍装置。

【請求項4】

前記ガスラインは、前記作動ガス源に接続されている主流路と、前記主流路に前記対応する冷凍機を接続するための個別流路と、を備え、
前記制御要素は、前記個別流路に設けられている可変絞りを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の極低温冷凍装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の極低温冷凍装置を備えるクライオポンプ。

【請求項6】

請求項１から４のいずれかに記載の極低温冷凍装置を備える核磁気共鳴画像装置。

【請求項7】

請求項１から４のいずれかに記載の極低温冷凍装置の制御方法であって、
共通の作動ガス源を使用して複数の冷凍機を同時に運転することと、
前記作動ガス源と前記複数の冷凍機との間の作動ガス流れの圧力損失を個別に制御することと、を備えることを特徴とする極低温冷凍装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極低温冷凍装置、及び極低温冷凍装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機で圧縮した高圧ヘリウムガスを冷凍機へ供給し、冷凍機で膨張し圧力の低下した低圧ヘリウムガスを再び圧縮機へ戻すように構成された蓄冷式冷凍機において、冷凍機側に温度センサを設け、該温度センサによる信号で制御される流量制御弁を備えたバイパス通路を設け、作動ガスの高圧力側と低圧力側の圧力差を制御することによって、冷凍機の温度を制御できるようにした蓄冷式冷凍装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−２８１１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の冷凍装置には１台の圧縮機に対し１台の冷凍機が設けられている。これに代えて最近では、省エネルギーやコスト低減のために、１台の圧縮機に対し複数台の冷凍機が設けられることがある。複数台の冷凍機は、例えば、ある大型装置の複数の場所に取り付けられたり、あるいは複数の同種の装置の各々に取り付けられる。こうした極低温冷凍装置においては、その共通の圧縮機を使用して複数台の冷凍機を同時に運転する、いわゆるマルチ運転が行われる。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、マルチ運転を可能とする極低温冷凍装置において複数の冷凍機の冷凍能力を個別に調整することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によると、作動ガス源と、複数の冷凍機と、前記複数の冷凍機の各々と前記作動ガス源との間で作動ガスを循環させるように前記作動ガス源に前記複数の冷凍機を並列に接続するガスラインと、を備え、前記ガスラインは、前記複数の冷凍機のうち対応する冷凍機の作動ガス流れの圧力損失を個別に制御可能である制御要素を備え、前記制御要素は、前記対応する冷凍機に直列に設けられていることを特徴とする極低温冷凍装置が提供される。

【0007】

本発明のある態様によると、共通の作動ガス源を使用して複数の冷凍機を同時に運転することと、前記作動ガス源と前記複数の冷凍機との間の作動ガス流れの圧力損失を個別に制御することと、を備えることを特徴とする極低温冷凍装置の制御方法が提供される。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、マルチ運転を可能とする極低温冷凍装置において複数の冷凍機の冷凍能力を個別に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明のある実施形態に係る極低温冷凍装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図2】本発明のある実施形態に係る極低温冷凍装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、本発明のある実施形態に係る極低温冷凍装置１０の全体構成を概略的に示す図である。この実施形態においては、極低温冷凍装置１０は、例えば、超伝導機器またはその他の被冷却物１を備える装置２に設けられている。この装置２は例えば核磁気共鳴画像装置であり、その場合被冷却物１は超電導マグネットである。装置２はクライオポンプであってもよく、その場合被冷却物１はクライオパネルである。

【0012】

極低温冷凍装置１０は、圧縮機１２を備える作動ガス源と、複数の冷凍機１４と、を備える。また、極低温冷凍装置１０は、圧縮機１２に複数の冷凍機１４を並列に接続するガスライン１６を備える。ガスライン１６は、複数の冷凍機１４の各々と圧縮機１２との間で作動ガスを循環させるように構成されている。作動ガスは例えばヘリウムガスである。

【0013】

圧縮機１２は、ガスライン１６から低圧作動ガスを受け入れるための吸入ポート１８と、ガスライン１６に高圧作動ガスを送出するための吐出ポート２０と、を備える。圧縮機１２は、作動ガスを圧縮するための圧縮機本体と（図示せず）、圧縮機本体を駆動するための圧縮機モータ２１と、を備える。圧縮機１２は、低圧作動ガスの圧力を測定するための第１圧力センサ２２と、高圧作動ガスを測定するための第２圧力センサ２４と、を備える。これら圧力センサはガスライン１６の適切な場所に設けられていてもよい。

【0014】

冷凍機１４は、例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）やパルス管冷凍機のような蓄冷式の極低温冷凍機である。冷凍機１４は、ガスライン１６から高圧作動ガスを受け入れるための高圧ポート２６と、ガスライン１６に低圧作動ガスを送出するための低圧ポート２８と、を備える。冷凍機１４は、冷凍機１４の冷却温度を測定するための少なくとも１つの温度センサを備える。冷凍機１４は例えば二段式の冷凍機であり、その場合冷凍機１４は、第１段の低温端の温度を測定するための第１温度センサ３０と、第２段の低温端の温度を測定するための第２温度センサ３２と、を備える。

【0015】

冷凍機１４は、作動ガスの膨張室３４を備える。膨張室３４には蓄冷器（図示せず）が収容される。冷凍機１４は、ある周波数で熱サイクルを行うための駆動部３６を備える。駆動部３６は、一定の熱サイクル周波数で冷凍機１４を運転するよう構成されている。この熱サイクルにおいては、高圧の作動ガスが高圧ポート２６から蓄冷器を経由して膨張室３４に供給され、膨張室３４にて膨張し冷却され、その結果減圧された作動ガスが膨張室３４から蓄冷器を経由して低圧ポート２８へと排出される。

【0016】

冷凍機１４が例えばＧＭ冷凍機である場合、駆動部３６は、ディスプレーサ機構、流路切替機構、及び駆動源を備える。ディスプレーサ機構は、高圧作動ガスを蓄冷器を経由して膨張室３４に供給し、低圧作動ガスを蓄冷器を経由して膨張室３４から排出するよう構成されている。蓄冷器はディスプレーサ機構に組み込まれている。流路切替機構は、膨張室３４の接続先を高圧ポート２６と低圧ポート２８とで切り換えるよう構成されている。駆動源は、熱サイクル（即ちＧＭサイクル）を実現するためにディスプレーサ機構及び流路切替機構を同期して駆動するよう構成されている。

【0017】

ガスライン１６は、圧縮機１２から複数の冷凍機１４に高圧作動ガスを供給するための高圧ライン３８と、複数の冷凍機１４から圧縮機１２に低圧作動ガスを回収するための低圧ライン４０と、を備える。高圧ライン３８は、圧縮機１２の吐出ポート２０と冷凍機１４の高圧ポート２６とを接続する。低圧ライン４０は、圧縮機１２の吸入ポート１８と冷凍機１４の低圧ポート２８とを接続する。

【0018】

高圧ライン３８は、主高圧配管４２、高圧分岐部４４、及び複数の高圧個別配管４６を備える。主高圧配管４２は、圧縮機１２の吐出ポート２０を高圧分岐部４４に接続する。高圧分岐部４４は、主高圧配管４２を複数の高圧個別配管４６へと分岐する。複数の高圧個別配管４６の各々は、対応する冷凍機１４の高圧ポート２６に高圧分岐部４４を接続する。

【0019】

同様に、低圧ライン４０は、主低圧配管４８、低圧分岐部５０、及び複数の低圧個別配管５２を備える。主低圧配管４８は、圧縮機１２の吸入ポート１８を低圧分岐部５０に接続する。低圧分岐部５０は、主低圧配管４８を複数の低圧個別配管５２へと分岐する。複数の低圧個別配管５２の各々は、対応する冷凍機１４の低圧ポート２８に低圧分岐部５０を接続する。

【0020】

このようにして、主高圧配管４２及び主低圧配管４８がガスライン１６の主流路を構成し、高圧個別配管４６及び低圧個別配管５２がガスライン１６の個別流路を構成する。主流路に圧縮機１２が配置されている。複数の個別流路それぞれには対応する冷凍機１４が配置されている。各個別流路を通じて冷凍機１４が主流路に接続されている。主流路及び個別流路によって、圧縮機１２と個々の冷凍機１４との作動ガスの循環流路が形成されている。

【0021】

ガスライン１６は、複数の冷凍機１４と同数の流量制御弁５４を備える。流量制御弁５４の各々は、対応する冷凍機１４に直列に設けられている。流量制御弁５４は、高圧個別配管４６に配置されており、冷凍機１４の高圧ポート２６の外側に隣接している。このように冷凍機１４と流量制御弁５４とが一対一に対応するように複数の流量制御弁５４がガスライン１６に配置されている。

【0022】

流量制御弁５４は、その開度を調節して高圧個別配管４６の圧力損失ΔＰ１を調整し、それによって高圧個別配管４６の作動ガス流量を制御するよう構成されている。流量制御弁５４は例えば、いわゆるＣｖ値制御を行う。流量制御弁５４の各々はガスライン１６の個別流路に設けられているので、対応する冷凍機１４への供給ガス流れの圧力損失ΔＰ１を個別に制御可能である。

【0023】

流量制御弁５４を高圧個別配管４６に設けることは、低圧個別配管５２に設ける場合に比べて有利であるかもしれない。圧力損失ΔＰ１が冷凍機１４の高圧側に生じるので、冷凍機１４の運転圧力を下げることができる。その結果、冷凍機１４の内部における圧力損失が冷凍能力に与える影響を小さくすることができる。

【0024】

なお流量制御弁５４は、冷凍機１４に取り付けられて一体の冷凍機ユニットを構成していてもよい。あるいは、流量制御弁５４は、冷凍機１４に配管で接続される別体の圧力損失制御要素であってもよい。

【0025】

極低温冷凍装置１０は、圧縮機ユニット５６を備える。圧縮機ユニット５６は、圧縮機１２と、圧縮機１２を制御するための圧縮機制御部５８と、を備える。圧縮機制御部５８は、圧縮機モータ２１の運転周波数を変更するための圧縮機インバータ６０を備える。圧縮機制御部５８は、第１圧力センサ２２及び／または第２圧力センサ２４の測定圧力に基づいて圧縮機モータ２１の運転周波数を制御するよう構成されている。

【0026】

圧縮機制御部５８は例えば、圧縮機１２の高圧と低圧との差圧を目標圧に制御する。これを以下では差圧一定制御と呼ぶことがある。圧縮機制御部５８は、差圧一定制御のために圧縮機１２の運転周波数を制御する。なお必要に応じて、差圧の目標値は差圧一定制御の実行中に変更されてもよい。

【0027】

差圧一定制御において、圧縮機制御部５８は、第１圧力センサ２２の測定圧力と第２圧力センサ２４の測定圧力との差圧を求める。圧縮機制御部５８は、その差圧を目標値ΔＰに一致させるように圧縮機モータ２１の運転周波数を決定する。圧縮機制御部５８は、その運転周波数を実現するよう圧縮機インバータ６０を制御する。

【0028】

また、極低温冷凍装置１０は、複数の冷凍機１４の冷却温度を制御するための温度制御部６２を備える。温度制御部６２は、複数の冷凍機１４の第１温度センサ３０及び／または第２温度センサ３２の測定温度に基づいて複数の流量制御弁５４を個別に制御するよう構成されている。

【0029】

温度制御部６２は、冷凍機１４の第１段（または第２段）の冷却温度を目標温度に制御する。温度制御部６２は、ある冷凍機１４の第１温度センサ３０の測定温度を目標温度に一致させるように、その冷凍機１４に対応する流量制御弁５４の開度を調節する。目標温度は冷凍機１４の運転中に一定であってもよいし変更されてもよい。こうした温調制御は例えば、冷凍機１４の定常的な冷却運転中に実行される。

【0030】

あるいは、温度制御部６２は、冷凍機１４の第１段（または第２段）の冷却温度を変化させるように流量制御弁５４を制御してもよい。温度制御部６２は、ある冷凍機１４の運転状態に応じてその冷凍機１４に対応する流量制御弁５４を制御してもよい。例えば、冷凍機１４の起動運転においては流量制御弁５４はある設定開度（例えば全開）に開かれ、起動運転に後続する定常運転においては流量制御弁５４はそれより小さい開度に制御されてもよい。

【0031】

極低温冷凍装置１０の動作を説明する。圧縮機１２の運転によって、ガスライン１６の主高圧配管４２と主低圧配管４８との間には目標差圧ΔＰに相当する差圧が与えられている。すなわち、圧縮機１２の吸入圧力をＰと表すとき、圧縮機１２の吐出圧力はＰ＋ΔＰと表される。したがって、圧力Ｐ＋ΔＰを有する高圧作動ガスが圧縮機１２から高圧ライン３８に送出される。高圧作動ガスは、圧縮機１２から主高圧配管４２を通じて高圧分岐部４４にて高圧個別配管４６へと分配される。冷凍機１４の膨張室３４が高圧個別配管４６に接続されているとき、高圧ライン３８から膨張室３４に高圧作動ガスが供給される。

【0032】

このとき高圧作動ガスは、高圧個別配管４６の流量制御弁５４を通って対応する冷凍機１４に供給される。流量制御弁５４は高圧個別配管４６の作動ガス流れに圧力損失ΔＰ１を与える。したがって、冷凍機１４の膨張室３４には、圧力Ｐ＋ΔＰ−ΔＰ１を有する作動ガスが供給される。

【0033】

膨張室３４が低圧個別配管５２に接続されたとき、膨張室３４において高圧作動ガスが膨張しＰＶ仕事が行われ、冷凍機１４に冷熱が発生する。作動ガスは圧力Ｐ＋ΔＰ−ΔＰ１から圧力Ｐへと減圧される。すなわち膨張室３４の吸気圧力と排気圧力との差圧はΔＰ−ΔＰ１であり、これを以下ではΔＰ２と表す（即ち、ΔＰ２＝ΔＰ−ΔＰ１）。

【0034】

膨張室３４から低圧ライン４０に低圧作動ガスが排出される。低圧作動ガスは、冷凍機１４から低圧個別配管５２を通じて低圧分岐部５０にて合流する。低圧作動ガスは、主低圧配管４８を通じて圧縮機１２に戻る。こうして、圧力Ｐを有する低圧作動ガスが低圧ライン４０から圧縮機１２に回収される。圧縮機１２は、回収した作動ガスを圧縮し、圧力Ｐ＋ΔＰへと昇圧する。こうして得られた高圧作動ガスは再び圧縮機１２から冷凍機１４に供給される。

【0035】

一般に、冷凍機の冷凍能力は、膨張室の吸気圧力と排気圧力との差圧と膨張室の容積との積、すなわちＰＶ仕事、に相関する（理想的には一致する）。典型的な冷凍機においては、熱サイクル周波数を変化させることにより冷凍能力が制御され、冷却温度が調節される。これは、冷凍機のＰＶ仕事のうち膨張室容積Ｖを調整することに概念的に相当する。

【0036】

これに対し、本実施形態は、冷凍機１４のＰＶ仕事のうち差圧Ｐを調整するという着想に基づく。冷凍機１４の冷凍能力は、膨張室３４の吸気圧力と排気圧力との差圧ΔＰ２と膨張室３４の容積Ｖとの積ΔＰ２・Ｖに相関する。膨張室３４の差圧ΔＰ２は上述のように、圧縮機１２の差圧ΔＰと流量制御弁５４の圧力損失ΔＰ１とによって定まる。したがって、圧力損失ΔＰ１を変化させることにより、冷凍機１４の冷凍能力を制御し、冷却温度を調節することができる。

【0037】

ある流量制御弁５４の開度を小さくすると、圧力損失ΔＰ１は大きくなる。そうすると、その流量制御弁５４に対応する冷凍機１４の膨張室３４の差圧ΔＰ２（＝ΔＰ−ΔＰ１）は相補的に小さくなり、その冷凍機１４のＰＶ仕事が小さくなる。したがって、冷凍機１４の冷凍能力は小さくなり、冷凍機１４は昇温される。逆に、流量制御弁５４の開度を大きくすると、圧力損失ΔＰ１は小さくなる。そうすると、膨張室３４の差圧ΔＰ２は相補的に大きくなり、冷凍機１４のＰＶ仕事が大きくなる。したがって、冷凍機１４の冷凍能力が大きくなり、冷凍機１４は降温される。

【0038】

圧縮機１２は複数の冷凍機１４に共通のガス源であるから、圧縮機１２の差圧ΔＰもまた複数の冷凍機１４に共通である。よって圧縮機差圧の調整は、冷凍機１４の個別的な温度制御をもたらさない。しかし、本実施形態によると、冷凍機１４ごとに流量制御弁５４の圧力損失ΔＰ１を制御することができるので、複数の冷凍機１４の冷凍能力を個別に制御することができる。

【0039】

本実施形態によると、冷凍機の熱サイクル周波数を変化させるという既存の温調制御に代替する新たな温調制御方式を提供することができる。この新たな方式は、ガスライン１６に流量制御弁５４を設けるというシンプルな構成で実現することができるので、既存の方式に比べてコスト面で有利となる可能性がある。

【0040】

また、本実施形態によると、冷凍機１４の熱サイクル周波数を変化させる必要がないので、インバータレスの冷凍機１４を備える極低温冷凍装置１０を提供することができる。冷凍機１４がインバータを有しないことで、インバータに起因するノイズがなくなる。よって、極低温冷凍装置１０は、ノイズ低減が要請される装置、例えば核磁気共鳴画像装置の冷却に適する。

【0041】

本実施形態においては、ガスライン１６の流量制御が圧縮機の差圧一定制御に組み合わされている。これは極低温冷凍装置１０の省エネルギー性能の向上に役立つ。流量制御弁５４の開度が小さいとき作動ガスがガスライン１６を流れにくくなり、従って圧縮機１２の差圧が拡大する。そうすると、差圧を目標値に戻すように圧縮機１２の運転周波数は低下する。こうして圧縮機１２の消費電力は低減される。このようにして、冷凍機１４の余剰の冷凍能力を低減するために流量制御弁５４を絞るとき、圧縮機１２の消費電力も抑えることができる。逆に、必要に応じて流量制御弁５４を開くことにより、冷凍機１４の冷凍能力を増強するとともに圧縮機１２の運転周波数を高くすることができる。圧縮機１２を定常的に高周波数で運転する場合に比べて、圧縮機１２の消費電力を低減することができる。

【0042】

圧縮機の高圧側と低圧側との間にバイパス通路を設ける場合には、バイパス通路に流れる高圧ガスの圧縮のために消費されたエネルギーは冷凍機の冷凍能力に寄与しない。これに対して、本実施形態によると、極低温冷凍装置１０はそうしたバイパス通路を有せず、バイパスによるエネルギー消費がない。このことも省エネルギーに有利である。

【0043】

図２は、本発明のある実施形態に係る極低温冷凍装置１０の制御方法を説明するためのフローチャートである。この方法は、例えば温度制御部６２により実行される。図示されるように、極低温冷凍装置１０の運転が開始される（Ｓ１０）。共通の圧縮機１２を使用して、複数の冷凍機１４が同時に運転される。

【0044】

この制御方法は、複数の冷凍機１４の全体制御（Ｓ１２）と、冷凍機１４の個別制御（Ｓ１４）と、を備える。全体制御は、複数の冷凍機１４の冷却温度をそれぞれ監視しながら初期温度（例えば室温）から目標温度に近づけることを含む。全体制御においては流量制御弁５４はいずれもある開度（例えば全開）に設定されている。いずれかの冷凍機１４が目標温度に達したとき、温度制御部６２は全体制御を終了して個別制御に移行する。個別制御は、複数の冷凍機１４それぞれに対応する個別流路の圧力損失を個別に制御することを含む。個別制御においては流量制御弁５４が制御される。いわば、全体制御は粗い温度調整であり、個別制御は精密な温度調整である。なお、温度制御部６２は、極低温冷凍装置１０の運転開始から個別制御を実行してもよい。

【0045】

例えば、全体制御においては、複数の冷凍機１４のいずれもが目標温度以下に冷却される。最も高温の冷凍機１４が目標温度に冷却されたとき、温度制御部６２は全体制御を終了して個別制御に移行する。このとき、その他の冷凍機１４は目標温度より低温に冷却されている。個別制御においては、流量制御弁５４の開度を小さくすることにより、対応する冷凍機１４の冷却温度が目標温度に昇温される。こうして、複数の冷凍機１４の各々を目標温度に冷却することができる。

【0046】

冷凍機１４の個体差や圧縮機１２と冷凍機１４との位置関係などの要因により、冷凍機１４の挙動にはバラツキが生じ得る。例えば、冷凍機１４間で冷却温度に違いが生じ得る。冷凍機１４の個別制御によって、そうした挙動のバラツキを軽減することができる。

【0047】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

【0048】

上述の実施形態においては、極低温冷凍装置１０は、１台の圧縮機１２を備える。しかし、極低温冷凍装置１０は、複数の圧縮機１２を備える作動ガス源を備えてもよい。この場合、複数の圧縮機１２は、複数の冷凍機１４に対し並列に接続されていてもよい。つまり、複数の冷凍機１４のうちいずれの冷凍機にも複数の圧縮機１２が並列に接続されるようにガスライン１６が構成されていてもよい。例えば、ガスライン１６は、圧縮機１２ごとに主高圧配管４２及び主低圧配管４８を備え、主高圧配管４２及び主低圧配管４８がそれぞれ高圧分岐部４４及び低圧分岐部５０に接続されていてもよい。よってガスライン１６は、複数の主高圧配管４２及び主低圧配管４８と、高圧分岐部４４及び低圧分岐部５０と、複数の高圧個別配管４６及び低圧個別配管５２と、を備えてもよい。

【0049】

上述の実施形態においては、ガスライン１６は、作動ガス流れの圧力損失を制御するために流量制御弁５４を備える。しかし、作動ガス流れの圧力損失制御要素は流量制御弁５４には限られない。ガスライン１６は、作動ガスの流量を制御するための例えば開閉弁や可変絞りのような流量制御機構、あるいはその他の圧力損失制御要素を備えてもよい。可変絞りは例えば、流量制御弁５４、可変オリフィスを含む。

【0050】

こうした圧力損失制御要素は、ガスライン１６の個別流路の任意の場所（例えば低圧個別配管５２）に設けられていてもよいし、冷凍機１４の中に設けられていてもよい。複数の圧力損失制御要素が１つの冷凍機に設けられていてもよい。例えば、複数の流量制御弁５４または可変絞りが、高圧個別配管４６及び／または低圧個別配管５２に直列に設けられてもよい。

【0051】

圧力損失制御要素は、複数の分岐流路を備えてもよい。例えば、圧力損失制御要素は、ガスライン１６の個別流路の一部を形成する第１分岐流路と、第１分岐流路に並列に設けられている第２分岐流路と、を備える。第１分岐流路は開放され、第２分岐流路には流量制御弁などの可変絞りが設けられている。このようにすれば、第１分岐流路によって個別流路に流れを確保することができる。必要に応じて第２分岐流路の流量を変化させ、個別流路の流量を制御することができる。

【0052】

また、極低温冷凍装置１０は、冷凍機１４より少数の圧力損失制御要素を備えてもよい。この場合、複数の冷凍機１４のうち一部の冷凍機１４が圧力損失制御要素と一対一に対応していてもよい。それら一部の冷凍機１４の冷凍能力は圧力損失制御要素を使用して制御され、その他の冷凍機１４には圧力損失制御要素は使用されない。これらその他の冷凍機１４においては熱サイクル周波数制御またはその他の冷凍能力制御が行われてもよい。

【0053】

あるいは、複数の冷凍機１４がいくつかのグループに区分けされ、グループごとに１つの圧力損失制御要素が設けられ、その圧力損失制御要素を使用して当該グループの冷凍機１４の冷凍能力が制御されてもよい。

【0054】

上述の実施形態においては、冷凍機１４の駆動部３６は、一定の熱サイクル周波数で冷凍機１４を運転するよう構成されている。しかし、駆動部３６は、熱サイクル周波数を変更可能に構成されていてもよい。冷凍機１４の熱サイクル周波数制御とガスライン１６の流量制御とを組み合わせることにより、冷凍機１４の冷凍能力の制御範囲を拡大することができる。

【0055】

冷凍機１４は、ヒータを備えてもよい。この場合、個別制御において冷凍機１４を昇温するためにヒータが使用されてもよい。

【符号の説明】

【0056】

１０ 極低温冷凍装置、 １２ 圧縮機、 １４ 冷凍機、 １６ ガスライン、 ４２ 主高圧配管、 ４６ 高圧個別配管、 ４８ 主低圧配管、 ５２ 低圧個別配管、 ５４ 流量制御弁、 ５８ 圧縮機制御部、 ６２ 温度制御部。

【図1】

【図2】