(57)【要約】【課題】極低温冷凍機のためのインバータ駆動の圧縮機ユニットについて振動に対処する簡易な手法を提供する。【解決手段】圧縮機ユニットは、弁指令信号に従ってバイパス配管の流量を制御する流量制御弁と圧縮機インバータ１７０と圧縮機コントローラ１６８とを備える。運転周波数の取りうる値の範囲が、下限値から第１値までの第１運転周波数区間および第２値から上限値までの第２運転周波数区間に予め限定され、第１値から第２値までの不使用周波数区間が圧縮機構造部の固有振動数を含む。圧縮機コントローラ１６８は、目標流量が第１吐出流量と第２吐出流量の間にある場合、運転周波数が第２運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号を決定し、そのインバータ指令信号に従って得られる圧縮機本体の吐出流量から目標流量を差し引いた差分流量にバイパス配管の流量が一致するように弁指令信号を決定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温冷凍機のための圧縮機ユニットであって、
極低温冷凍機の作動ガスを圧縮して吐出する圧縮機本体と、運転周波数が可変であり前記圧縮機本体を動作させる圧縮機モータと、前記圧縮機本体から作動ガスが吐出されるよう前記圧縮機本体に接続された高圧配管と、前記圧縮機本体に作動ガスが吸入されるよう前記圧縮機本体に接続された低圧配管と、前記圧縮機本体を迂回して前記高圧配管を前記低圧配管に接続するバイパス配管と、弁指令信号に従って前記バイパス配管の流量を制御するよう前記バイパス配管に設けられた流量制御弁と、を含む圧縮機構造部と、
インバータ指令信号に従って前記圧縮機モータの前記運転周波数を制御する圧縮機インバータと、
前記圧縮機ユニットから前記極低温冷凍機に作動ガスが目標流量で供給されるように前記弁指令信号および前記インバータ指令信号を決定するよう構成された圧縮機コントローラと、を備え、
前記運転周波数の取りうる値の範囲が、ゼロより大きい下限値から第１値までの第１運転周波数区間、および、第２値から上限値までの第２運転周波数区間に予め限定され、前記第２値は前記第１値より大きく、前記第１値および前記第２値は、前記第１値から前記第２値までの不使用周波数区間が前記圧縮機構造部の少なくとも一部分についての少なくとも１つの固有振動数を含むように定められ、前記運転周波数の前記下限値、前記第１値、前記第２値、および前記上限値はそれぞれ、前記圧縮機本体の下限吐出流量、第１吐出流量、第２吐出流量、および上限吐出流量に対応し、
前記圧縮機コントローラは、前記目標流量が前記第１吐出流量と前記第２吐出流量の間にある場合、前記運転周波数が前記第２運転周波数区間に設定されるように前記インバータ指令信号を決定するとともに、そのインバータ指令信号に従って得られる前記圧縮機本体の吐出流量から前記目標流量を差し引いた差分流量に前記バイパス配管の流量が一致するように前記弁指令信号を決定することを特徴とする圧縮機ユニット。
【請求項２】
前記圧縮機コントローラは、前記目標流量が前記第１吐出流量と前記第２吐出流量の間にある場合、前記運転周波数が前記第２値を取るように前記インバータ指令信号を決定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機ユニット。
【請求項３】
前記圧縮機コントローラは、
前記目標流量が前記下限吐出流量と前記第１吐出流量の間にある場合、前記運転周波数が前記第１運転周波数区間に設定されるように前記インバータ指令信号を決定するとともに、前記流量制御弁が閉鎖されるように前記弁指令信号を決定し、
前記目標流量が前記第２吐出流量と前記上限吐出流量の間にある場合、前記運転周波数が前記第２運転周波数区間に設定されるように前記インバータ指令信号を決定するとともに、前記流量制御弁が閉鎖されるように前記弁指令信号を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機ユニット。
【請求項４】
前記圧縮機コントローラは、前記目標流量がゼロと前記下限吐出流量の間にある場合、前記運転周波数が前記下限値を取るように前記インバータ指令信号を決定するとともに、前記差分流量に前記バイパス配管の流量が一致するように前記弁指令信号を決定す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圧縮機ユニット。
【請求項５】
前記圧縮機コントローラは、前記運転周波数が前記第１値から前記第２値に切り替わるとき、前記弁指令信号および／または前記インバータ指令信号に平滑化処理を施すことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧縮機ユニット。
【請求項６】
クライオポンプシステムであって、
クライオパネルと、該クライオパネルを冷却するための極低温冷凍機と、を備えるクライオポンプと、
前記極低温冷凍機の作動ガスを圧縮して吐出する圧縮機本体と、運転周波数が可変であり前記圧縮機本体を動作させる圧縮機モータと、前記圧縮機本体から作動ガスが吐出されるよう前記圧縮機本体に接続された高圧配管と、前記圧縮機本体に作動ガスが吸入されるよう前記圧縮機本体に接続された低圧配管と、前記圧縮機本体を迂回して前記高圧配管を前記低圧配管に接続するバイパス配管と、弁指令信号に従って前記バイパス配管の流量を制御するよう前記バイパス配管に設けられた流量制御弁と、を含む圧縮機構造部を備える圧縮機ユニットと、
インバータ指令信号に従って前記圧縮機モータの前記運転周波数を制御する圧縮機インバータと、
前記圧縮機ユニットから前記極低温冷凍機に作動ガスが目標流量で供給されるように前記弁指令信号および前記インバータ指令信号を決定するよう構成されたコントローラと、を備え、
前記運転周波数の取りうる値の範囲が、ゼロより大きい下限値から第１値までの第１運転周波数区間、および、第２値から上限値までの第２運転周波数区間に予め限定され、前記第２値は前記第１値より大きく、前記第１値および前記第２値は、前記第１値から前記第２値までの不使用周波数区間が前記圧縮機構造部の少なくとも一部分についての少なくとも１つの固有振動数を含むように定められ、前記運転周波数の前記下限値、前記第１値、前記第２値、および前記上限値はそれぞれ、前記圧縮機本体の下限吐出流量、第１吐出流量、第２吐出流量、および上限吐出流量に対応し、
前記コントローラは、前記目標流量が前記第１吐出流量と前記第２吐出流量の間にある場合、前記運転周波数が前記第２運転周波数区間に設定されるように前記インバータ指令信号を決定するとともに、そのインバータ指令信号に従って得られる前記圧縮機本体の吐出流量から前記目標流量を差し引いた差分流量に前記バイパス配管の流量が一致するように前記弁指令信号を決定することを特徴とするクライオポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温冷凍機のための圧縮機ユニット、及びクライオポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インバータを搭載し運転周波数を可変とするいわゆるインバータ圧縮機において、振動センサの検出出力が大きい場合に圧縮機の運転周波数を変更する振動抑制技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１７４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
極低温冷凍機と、その冷凍機に作動ガスを供給するための圧縮機ユニットと、を備える極低温システムが知られている。極低温システムの一例として、極低温冷凍機を冷却源とする極低温装置（例えばクライオポンプ）を備えるシステムも知られている。
【０００５】
極低温システムにおいては、圧力目標値および圧力測定値を用いて、例えば、冷凍機の作動ガスの高圧側と低圧側との差圧を設定値に一致させるように、圧縮機ユニットの運転周波数が制御されることがある。冷凍機に必要とされる目標の作動ガス流量を最適な（最小の）運転周波数で提供することができるので、こうした制御はシステムの消費電力低減に寄与する。
【０００６】
インバータに使用される運転周波数範囲に圧縮機ユニットの配管などの機械構造部の固有振動数が含まれると仮定する。運転中の圧縮機ユニットはそれ自体が加振源となる。運転周波数の値が固有振動数に近づくと、圧縮機ユニットの機械構造部に共振が起こりうる。過剰な振動や騒音、構造部材の疲労は望まれない。
【０００７】
こうした問題を避けるには運転周波数が固有振動数に近い値を取ることを禁止すればよい。しかしこれは、最適な運転周波数の値が固有振動数に近い場合に、その値を使用せずに固有振動数から離れた値を代わりに使用することを意味する。運転周波数をより小さい値に変更した場合には、冷凍機に必要な作動ガス流量に対して圧縮機ユニットからの供給流量が不足する懸念がある。運転周波数をより大きい値に変更した場合には、圧縮機ユニットの消費電力が増え、インバータ制御の消費電力低減という利点を十分に得られない不都合な結果につながる。
【０００８】
根本的な解決策として、使用される運転周波数範囲に機械構造部の固有振動数が含まれないように圧縮機ユニットの設計を変更することも考えられる。しかし、そうした設計変更には手間がかかる。
【０００９】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、極低温冷凍機のためのインバータ駆動の圧縮機ユニットについて振動に対処する簡易な手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある態様によると、極低温冷凍機のための圧縮機ユニットが提供される。圧縮機ユニットは、極低温冷凍機の作動ガスを圧縮して吐出する圧縮機本体と、運転周波数が可変であり圧縮機本体を動作させる圧縮機モータと、圧縮機本体から作動ガスが吐出されるよう圧縮機本体に接続された高圧配管と、圧縮機本体に作動ガスが吸入されるよう圧縮機本体に接続された低圧配管と、圧縮機本体を迂回して高圧配管を低圧配管に接続するバイパス配管と、弁指令信号に従ってバイパス配管の流量を制御するようバイパス配管に設けられた流量制御弁と、を含む圧縮機構造部と、インバータ指令信号に従って圧縮機モータの運転周波数を制御する圧縮機インバータと、圧縮機ユニットから極低温冷凍機に作動ガスが目標流量で供給されるように弁指令信号およびインバータ指令信号を決定するよう構成された圧縮機コントローラと、を備える。運転周波数の取りうる値の範囲が、ゼロより大きい下限値から第１値までの第１運転周波数区間、および、第２値から上限値までの第２運転周波数区間に予め限定され、第２値は第１値より大きい。第１値および第２値は、第１値から第２値までの不使用周波数区間が圧縮機構造部の少なくとも一部分についての少なくとも１つの固有振動数を含むように定められている。運転周波数の下限値、第１値、第２値、および上限値はそれぞれ、圧縮機本体の下限吐出流量、第１吐出流量、第２吐出流量、および上限吐出流量に対応する。圧縮機コントローラは、目標流量が第１吐出流量と第２吐出流量の間にある場合、運転周波数が第２運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号を決定するとともに、そのインバータ指令信号に従って得られる圧縮機本体の吐出流量から目標流量を差し引いた差分流量にバイパス配管の流量が一致するように弁指令信号を決定する。
【００１１】
この態様によると、圧縮機構造部の固有振動数を含むように運転周波数の不使用区間が定められているので、圧縮機本体の動作による圧縮機構造部の共振は生じがたい。また、運転周波数が第２運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号が決定されるので、目標流量に余剰流量（上記の差分流量）を付加した合計流量で作動ガスが圧縮機本体から高圧配管に吐出される。その余剰流量にバイパス配管の流量が相当するように弁指令信号が決定されるので、高圧配管から低圧配管に作動ガスが回収され、圧縮機ユニットは目標流量で作動ガスを極低温冷凍機に供給することができる。
【００１２】
圧縮機コントローラは、目標流量が第１吐出流量と第２吐出流量の間にある場合、運転周波数が第２値を取るようにインバータ指令信号を決定してもよい。
【００１３】
圧縮機コントローラは、目標流量が下限吐出流量と第１吐出流量の間にある場合、運転周波数が第１運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号を決定するとともに、流量制御弁が閉鎖されるように弁指令信号を決定してもよい。圧縮機コントローラは、目標流量が第２吐出流量と上限吐出流量の間にある場合、運転周波数が第２運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号を決定するとともに、流量制御弁が閉鎖されるように弁指令信号を決定してもよい。
【００１４】
圧縮機コントローラは、目標流量がゼロと下限吐出流量の間にある場合、運転周波数が下限値を取るようにインバータ指令信号を決定するとともに、差分流量にバイパス配管の流量が一致するように弁指令信号を決定してもよい。
【００１５】
圧縮機コントローラは、運転周波数が第１値から第２値に切り替わるとき、弁指令信号および／またはインバータ指令信号に平滑化処理を施してもよい。
【００１６】
本発明のある態様によると、クライオポンプシステムは、クライオパネルと、該クライオパネルを冷却するための極低温冷凍機と、を備えるクライオポンプと、前記極低温冷凍機の作動ガスを圧縮して吐出する圧縮機本体と、運転周波数が可変であり前記圧縮機本体を動作させる圧縮機モータと、前記圧縮機本体から作動ガスが吐出されるよう前記圧縮機本体に接続された高圧配管と、前記圧縮機本体に作動ガスが吸入されるよう前記圧縮機本体に接続された低圧配管と、前記圧縮機本体を迂回して前記高圧配管を前記低圧配管に接続するバイパス配管と、弁指令信号に従って前記バイパス配管の流量を制御するよう前記バイパス配管に設けられた流量制御弁と、を含む圧縮機構造部を備える圧縮機ユニットと、インバータ指令信号に従って前記圧縮機モータの前記運転周波数を制御する圧縮機インバータと、前記圧縮機ユニットから前記極低温冷凍機に作動ガスが目標流量で供給されるように前記弁指令信号および前記インバータ指令信号を決定するよう構成されたコントローラと、を備える。運転周波数の取りうる値の範囲が、ゼロより大きい下限値から第１値までの第１運転周波数区間、および、第２値から上限値までの第２運転周波数区間に予め限定され、第２値は第１値より大きい。第１値および第２値は、第１値から第２値までの不使用周波数区間が圧縮機構造部の少なくとも一部分についての少なくとも１つの固有振動数を含むように定められている。運転周波数の下限値、第１値、第２値、および上限値はそれぞれ、圧縮機本体の下限吐出流量、第１吐出流量、第２吐出流量、および上限吐出流量に対応する。コントローラは、目標流量が第１吐出流量と第２吐出流量の間にある場合、運転周波数が第２運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号を決定するとともに、そのインバータ指令信号に従って得られる圧縮機本体の吐出流量から目標流量を差し引いた差分流量にバイパス配管の流量が一致するように弁指令信号を決定する。
【００１７】
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】
【００１８】
本発明によれば、極低温冷凍機のためのインバータ駆動の圧縮機ユニットについて振動に対処する簡易な手法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るクライオポンプシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る圧縮機ユニットを模式的に示す図である。
【図４】本実施形態に係るクライオポンプシステムに関する制御ブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る圧縮機ユニット運転制御の制御フローを説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る出力配分テーブルを模式的に例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプシステム１０００の全体構成を模式的に示す図である。クライオポンプシステム１０００は、真空装置３００の真空排気をするために使用される。真空装置３００は真空環境で物体に処理をする真空処理装置であり、例えばイオン注入装置やスパッタリング装置等の半導体製造工程で用いられる装置である。
【００２２】
クライオポンプシステム１０００は、複数台のクライオポンプ１０を含む。これらのクライオポンプ１０は、真空装置３００の１つまたは複数の真空チャンバ（図示せず）に取り付けられて、真空チャンバ内部の真空度を所望のプロセスに要求されるレベルにまで高めるために使用される。クライオポンプ１０はクライオポンプコントローラ（以下ではＣＰコントローラとも称する）１００が決定した制御量に従って運転される。例えば１０−５Ｐａ乃至１０−８Ｐａ程度の高い真空度が真空チャンバに実現される。図示の例ではクライオポンプシステム１０００に１１台のクライオポンプ１０が含まれる。複数のクライオポンプ１０はいずれも同一の排気性能をもつクライオポンプであってもよいし、異なる排気性能をもつクライオポンプであってもよい。
【００２３】
クライオポンプシステム１０００は、ＣＰコントローラ１００を備える。ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ１０及び圧縮機ユニット１０２、１０４を制御する。ＣＰコントローラ１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース、メモリ等を備える。また、ＣＰコントローラ１００は、真空装置３００を制御するためのホストコントローラ（図示せず）とも通信可能に構成されている。真空装置３００のホストコントローラはクライオポンプシステム１０００を含む真空装置３００の各構成要素を統括する上位のコントローラであるとも言える。
【００２４】
ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ１０及び圧縮機ユニット１０２、１０４とは別体に構成されている。ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ１０及び圧縮機ユニット１０２、１０４と互いに通信可能に接続されている。クライオポンプ１０はそれぞれ、ＣＰコントローラ１００と通信する入出力を処理するためのＩＯモジュール５０（図４参照）を備える。ＣＰコントローラ１００と各ＩＯモジュール５０とが制御通信線で接続される。図１ではクライオポンプ１０とＣＰコントローラ１００との制御通信線、及び圧縮機ユニット１０２、１０４とＣＰコントローラ１００との制御通信線を破線で示す。なおＣＰコントローラ１００は、いずれかのクライオポンプ１０または圧縮機ユニット１０２、１０４と一体に構成されていてもよい。
【００２５】
ＣＰコントローラ１００は、単一のコントローラで構成されていてもよいし、各々が同一のまたは異なる機能を奏する複数のコントローラを含んでもよい。例えば、ＣＰコントローラ１００は、各圧縮機ユニットに設けられ、各圧縮機ユニットの制御量を決定する圧縮機コントローラと、クライオポンプシステムを統括するクライオポンプコントローラと、を備えてもよい。
【００２６】
クライオポンプシステム１０００は、第１圧縮機ユニット１０２及び第２圧縮機ユニット１０４を少なくとも含む複数の圧縮機ユニットを備える。圧縮機ユニットはクライオポンプ１０を含む閉じた流体回路に作動ガスを循環させるために設けられている。圧縮機ユニットはクライオポンプ１０から作動ガスを回収し圧縮して再度クライオポンプ１０へと送出する。圧縮機ユニットは真空装置３００から離れて、または真空装置３００の近傍に設置されている。圧縮機ユニットは圧縮機コントローラ１６８（図４参照）が決定した制御量に従って運転される。あるいはＣＰコントローラ１００が決定した制御量に従って運転される。
【００２７】
以下では代表例として２台の圧縮機ユニット１０２、１０４をもつクライオポンプシステム１０００を説明するが、本発明はこれに限られない。これら圧縮機ユニット１０２、１０４と同様にして３台以上の圧縮機ユニットが複数のクライオポンプ１０に並列に接続されているクライオポンプシステム１０００を構成してもよい。なお図１に示すクライオポンプシステム１０００はクライオポンプ１０及び圧縮機ユニット１０２、１０４をそれぞれ複数備えているが、クライオポンプ１０または圧縮機ユニット１０２、１０４を１台としてもよい。
【００２８】
複数のクライオポンプ１０と複数の圧縮機ユニット１０２、１０４とは作動ガス配管系１０６によって接続される。配管系１０６は、複数のクライオポンプ１０と複数の圧縮機ユニット１０２、１０４とを互いに並列に接続し、複数のクライオポンプ１０と複数の圧縮機ユニット１０２、１０４との間で作動ガスを流通させるよう構成されている。配管系１０６によって、１台のクライオポンプ１０に複数の圧縮機ユニットの各々が並列に接続され、１台の圧縮機ユニットに複数のクライオポンプ１０の各々が並列に接続されている。
【００２９】
配管系１０６は、内部配管１０８と外部配管１１０とを含んで構成される。内部配管１０８は真空装置３００の内部に形成されており、内部供給ライン１１２及び内部戻りライン１１４を含む。外部配管１１０は真空装置３００の外部に設置されており、外部供給ライン１２０及び外部戻りライン１２２を含む。外部配管１１０は真空装置３００と複数の圧縮機ユニット１０２、１０４とを接続する。
【００３０】
内部供給ライン１１２は各クライオポンプ１０の気体供給口４２に接続され（図２参照）、内部戻りライン１１４は各クライオポンプ１０の気体排出口４４に接続される（図２参照）。また、内部供給ライン１１２は真空装置３００の気体供給ポート１１６で外部配管１１０の外部供給ライン１２０の一端に接続され、内部戻りライン１１４は真空装置３００の気体排出ポート１１８で外部配管１１０の外部戻りライン１２２の一端に接続される。
【００３１】
外部供給ライン１２０の他端は第１マニホールド１２４に接続され、外部戻りライン１２２の他端は第２マニホールド１２６に接続されている。第１マニホールド１２４には、第１圧縮機ユニット１０２の第１吐出配管１２８及び第２圧縮機ユニット１０４の第２吐出配管１３０の一端が接続されている。第１吐出配管１２８及び第２吐出配管１３０の他端はそれぞれ、対応する各圧縮機ユニット１０２、１０４の吐出ポート１４８に接続されている（図３参照）。第２マニホールド１２６には、第１圧縮機ユニット１０２の第１吸入配管１３２及び第２圧縮機ユニット１０４の第２吸入配管１３４の一端が接続されている。第１吸入配管１３２及び第２吸入配管１３４の他端はそれぞれ、対応する各圧縮機ユニット１０２、１０４の吸入ポート１４６に接続されている（図３参照）。
【００３２】
このようにして、複数の圧縮機ユニット１０２、１０４の各々から送出される作動ガスを集約して複数のクライオポンプ１０に供給するための共通の供給ラインが内部供給ライン１１２及び外部供給ライン１２０により構成されている。また、複数のクライオポンプ１０から排出される作動ガスを集約して複数の圧縮機ユニット１０２、１０４へと戻すための共通の戻りラインが内部戻りライン１１４及び外部戻りライン１２２により構成されている。また、複数の圧縮機ユニットの各々は、各圧縮機ユニットに付随する個別配管を通じて共通ラインに接続されている。個別配管と共通ラインとの接続部には個別配管を合流させるためのマニホールドが設けられている。第１マニホールド１２４が供給側で個別配管を合流させ、第２マニホールド１２６が回収側で個別配管を合流させている。
【００３３】
クライオポンプシステム１０００が使用される場所（例えば半導体製造工場）における各種装置のレイアウトによっては、上述の共通ラインは（図示とは異なり）相当の長さとなることもある。作動ガスを共通ラインに集約することにより、複数の圧縮機の各々を別個に真空装置に接続する場合よりもトータルの配管長を短くすることができる。また、作動ガスの供給対象（例えばクライオポンプシステム１０００においては個々のクライオポンプ１０）ごとに複数の圧縮機が接続される配管構成をとるので、冗長性もある。複数の圧縮機を個々の対象（例えばクライオポンプ）に並列に配置し運転することで、複数の圧縮機への負荷が分担されている。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ１０を模式的に示す断面図である。クライオポンプ１０は、第１の冷却温度レベルに冷却される第１のクライオパネルと、第１の冷却温度レベルよりも低温の第２の冷却温度レベルに冷却される第２のクライオパネルと、を備える。第１のクライオパネルには、第１の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体が凝縮により捕捉されて排気される。例えば基準蒸気圧（例えば１０−８Ｐａ）よりも蒸気圧が低い気体が排気される。第２のクライオパネルには、第２の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体が凝縮により捕捉されて排気される。第２のクライオパネルには、蒸気圧が高いために第２の温度レベルにおいても凝縮しない非凝縮性気体を捕捉するために表面に吸着領域が形成される。吸着領域は例えばパネル表面に吸着剤を設けることにより形成される。非凝縮性気体は、第２の温度レベルに冷却された吸着領域に吸着されて排気される。
【００３５】
図２に示されるクライオポンプ１０は、冷凍機１２とパネル構造体１４と熱シールド１６とを備える。冷凍機１２は、作動ガスを吸入して内部で膨張させて吐出する熱サイクルによって寒冷を発生する。パネル構造体１４は複数のクライオパネルを含み、これらのパネルは冷凍機１２により冷却される。パネル表面には気体を凝縮または吸着により捕捉して排気するための極低温面が形成される。クライオパネルの表面（例えば裏面）には通常、気体を吸着するための活性炭などの吸着剤が設けられる。熱シールド１６は、パネル構造体１４を周囲の輻射熱から保護するために設けられている。
【００３６】
クライオポンプ１０は、いわゆる縦型のクライオポンプである。縦型のクライオポンプとは、熱シールド１６の軸方向に沿って冷凍機１２が挿入されて配置されているクライオポンプである。なお、本発明はいわゆる横型のクライオポンプにも同様に適用することができる。横型のクライオポンプとは、熱シールド１６の軸方向に交差する方向（通常は直交方向）に冷凍機の第２段の冷却ステージが挿入され配置されているクライオポンプである。なお、図１には横型のクライオポンプ１０が模式的に示されている。
【００３７】
冷凍機１２は、ギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）である。また冷凍機１２は２段式の冷凍機であり、第１段シリンダ１８、第２段シリンダ２０、第１冷却ステージ２２、第２冷却ステージ２４、及び冷凍機モータ２６を有する。第１段シリンダ１８と第２段シリンダ２０とは直列に接続されており、互いに連結される第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサ（図示せず）がそれぞれ内蔵されている。第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサの内部には蓄冷材が組み込まれている。なお、冷凍機１２は２段ＧＭ冷凍機以外の冷凍機であってもよく、例えば単段ＧＭ冷凍機を用いてもよいし、パルスチューブ冷凍機やソルベイ冷凍機を用いてもよい。
【００３８】
冷凍機１２は、作動ガスの吸入と吐出を周期的に繰り返すために作動ガスの流路を周期的に切り替える流路切替機構を含む。流路切替機構は例えばバルブ部とバルブ部を駆動する駆動部とを含む。バルブ部は例えばロータリーバルブであり、駆動部はロータリーバルブを回転させるためのモータである。モータは、例えばＡＣモータまたはＤＣモータであってもよい。また流路切替機構はリニアモータにより駆動される直動式の機構であってもよい。
【００３９】
第１段シリンダ１８の一端に冷凍機モータ２６が設けられている。冷凍機モータ２６は、第１段シリンダ１８の端部に形成されているモータ用ハウジング２７の内部に設けられている。冷凍機モータ２６は、第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサのそれぞれが第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０の内部を往復動可能とするように第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサに接続される。また、冷凍機モータ２６は、モータ用ハウジング２７の内部に設けられている可動バルブ（図示せず）を正逆回転可能とするように当該バルブに接続される。
【００４０】
第１冷却ステージ２２は、第１段シリンダ１８の第２段シリンダ２０側の端部すなわち第１段シリンダ１８と第２段シリンダ２０との連結部に設けられている。また、第２冷却ステージ２４は第２段シリンダ２０の末端に設けられている。第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４はそれぞれ第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０に例えばろう付けで固定される。
【００４１】
モータ用ハウジング２７の外側に設けられている気体供給口４２及び気体排出口４４を通じて冷凍機１２は圧縮機ユニット１０２または１０４に接続される。クライオポンプ１０と圧縮機ユニット１０２、１０４との接続関係については図１を参照して説明したとおりである。
【００４２】
冷凍機１２は、圧縮機ユニット１０２、１０４から供給される高圧の作動ガス（例えばヘリウム等）を内部で膨張させて第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４に寒冷を発生させる。圧縮機ユニット１０２、１０４は、冷凍機１２で膨張した作動ガスを回収し再び加圧して冷凍機１２に供給する。
【００４３】
具体的には、まず圧縮機ユニット１０２、１０４から冷凍機１２に高圧の作動ガスが供給される。このとき、冷凍機モータ２６は、気体供給口４２と冷凍機１２の内部空間とを連通する状態にモータ用ハウジング２７内部の可動バルブを駆動する。冷凍機１２の内部空間が高圧の作動ガスで満たされると、冷凍機モータ２６により可動バルブが切り替えられて冷凍機１２の内部空間が気体排出口４４に連通される。これにより作動ガスは膨張して圧縮機ユニット１０２、１０４へと回収される。可動バルブの動作に同期して、第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサのそれぞれが第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０の内部を往復動する。このような熱サイクルを繰り返すことで冷凍機１２は第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４に寒冷を発生させる。
【００４４】
第２冷却ステージ２４は第１冷却ステージ２２よりも低温に冷却される。第２冷却ステージ２４は例えば１０Ｋ乃至２０Ｋ程度に冷却され、第１冷却ステージ２２は例えば８０Ｋ乃至１００Ｋ程度に冷却される。第１冷却ステージ２２には第１冷却ステージ２２の温度を測定するための第１温度センサ２３が取り付けられており、第２冷却ステージ２４には第２冷却ステージ２４の温度を測定するための第２温度センサ２５が取り付けられている。
【００４５】
冷凍機１２の第１冷却ステージ２２には熱シールド１６が熱的に接続された状態で固定され、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４にはパネル構造体１４が熱的に接続された状態で固定されている。このため、熱シールド１６は第１冷却ステージ２２と同程度の温度に冷却され、パネル構造体１４は第２冷却ステージ２４と同程度の温度に冷却される。熱シールド１６は一端に開口部３１を有する円筒状の形状に形成されている。開口部３１は熱シールド１６の筒状側面の端部内面により画定される。
【００４６】
一方、熱シールド１６の開口部３１とは反対側つまりポンプ底部側の他端には閉塞部２８が形成されている。閉塞部２８は、熱シールド１６の円筒状側面のポンプ底部側の端部において径方向内側に向けて延びるフランジ部により形成される。図２に示されるクライオポンプ１０は縦型のクライオポンプであるので、このフランジ部が冷凍機１２の第１冷却ステージ２２に取り付けられている。これにより、熱シールド１６内部に円柱状の内部空間３０が形成される。冷凍機１２は熱シールド１６の中心軸に沿って内部空間３０に突出しており、第２冷却ステージ２４は内部空間３０に挿入された状態となっている。
【００４７】
なお、横型のクライオポンプの場合には、閉塞部２８は通常完全に閉塞されている。冷凍機１２は、熱シールド１６の側面に形成されている冷凍機取付用の開口部から熱シールド１６の中心軸に直交する方向に沿って内部空間３０に突出して配置される。冷凍機１２の第１冷却ステージ２２は熱シールド１６の冷凍機取付用開口部に取り付けられ、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４は内部空間３０に配置される。第２冷却ステージ２４にはパネル構造体１４が取り付けられる。よって、パネル構造体１４は熱シールド１６の内部空間３０に配置される。パネル構造体１４は、適当な形状のパネル取付部材を介して第２冷却ステージ２４に取り付けられてもよい。
【００４８】
また熱シールド１６の開口部３１にはバッフル３２が設けられている。バッフル３２は、パネル構造体１４とは熱シールド１６の中心軸方向に間隔をおいて設けられている。バッフル３２は、熱シールド１６の開口部３１側の端部に取り付けられており、熱シールド１６と同程度の温度に冷却される。バッフル３２は、真空チャンバ８０側から見たときに例えば同心円状に形成されていてもよいし、あるいは格子状等他の形状に形成されていてもよい。なお、バッフル３２と真空チャンバ８０との間にはゲートバルブ（図示せず）が設けられている。このゲートバルブは例えばクライオポンプ１０を再生するときに閉とされ、クライオポンプ１０により真空チャンバ８０を排気するときに開とされる。真空チャンバ８０は例えば図１に示す真空装置３００に設けられている。
【００４９】
熱シールド１６、バッフル３２、パネル構造体１４、及び冷凍機１２の第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４は、ポンプケース３４の内部に収容されている。ポンプケース３４は径の異なる２つの円筒を直列に接続して形成されている。ポンプケース３４の大径の円筒側端部は開放され、真空チャンバ８０との接続用のフランジ部３６が径方向外側へと延びて形成されている。またポンプケース３４の小径の円筒側端部は冷凍機１２のモータ用ハウジング２７に固定されている。クライオポンプ１０はポンプケース３４のフランジ部３６を介して真空チャンバ８０の排気用開口に気密に固定され、真空チャンバ８０の内部空間と一体の気密空間が形成される。ポンプケース３４及び熱シールド１６はともに円筒状に形成されており、同軸に配設されている。ポンプケース３４の内径が熱シールド１６の外径を若干上回っているので、熱シールド１６はポンプケース３４の内面との間に若干の間隔をもって配置される。
【００５０】
クライオポンプ１０の作動に際しては、まずその作動前に他の適当な粗引きポンプを用いて真空チャンバ８０内部を１Ｐａ〜１０Ｐａ程度にまで粗引きする。その後クライオポンプ１０を作動させる。冷凍機１２の駆動により第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４が冷却され、これらに熱的に接続されている熱シールド１６、バッフル３２、パネル構造体１４も冷却される。
【００５１】
冷却されたバッフル３２は、真空チャンバ８０からクライオポンプ１０内部へ向かって飛来する気体分子を冷却し、その冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体（例えば水分など）を表面に凝縮させて排気する。バッフル３２の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体はバッフル３２を通過して熱シールド１６内部へと進入する。進入した気体分子のうちパネル構造体１４の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体（例えばアルゴンなど）は、パネル構造体１４の表面に凝縮されて排気される。その冷却温度でも蒸気圧が充分に低くならない気体（例えば水素など）は、パネル構造体１４の表面に接着され冷却されている吸着剤により吸着されて排気される。このようにしてクライオポンプ１０は真空チャンバ８０内部の真空度を所望のレベルに到達させることができる。
【００５２】
図３は、本発明の一実施形態に係る第１圧縮機ユニット１０２を模式的に示す図である。本実施例においては第２圧縮機ユニット１０４も第１圧縮機ユニット１０２と同様の構成をもつ。圧縮機ユニット１０２は、気体を昇圧する圧縮機本体１４０、外部から供給された低圧気体を圧縮機本体１４０へと供給するための低圧配管１４２、及び、圧縮機本体１４０により圧縮された高圧気体を外部に送出するための高圧配管１４４を含んで構成される。
【００５３】
図１に示すように、低圧気体は第１吸入配管１３２を通じて第１圧縮機ユニット１０２に供給される。第１圧縮機ユニット１０２は吸入ポート１４６にてクライオポンプ１０からの戻りガスを受け入れ、低圧配管１４２へと作動ガスは送られる。吸入ポート１４６は、低圧配管１４２の末端において第１圧縮機ユニット１０２の圧縮機筐体１３８に設けられている。低圧配管１４２は吸入ポート１４６と圧縮機本体１４０の吸入口とを接続する。
【００５４】
低圧配管１４２は中途に、戻りガスに含まれる脈動を除去するための容積としてのストレージタンク１５０を備える。ストレージタンク１５０は吸入ポート１４６と、後述するバイパス機構１５２への分岐との間に設けられている。ストレージタンク１５０で脈動が除去された作動ガスは、低圧配管１４２を通じて圧縮機本体１４０に供給される。ストレージタンク１５０の内部には、気体から不要な微粒子等を取り除くためのフィルタが設けられていてもよい。ストレージタンク１５０と吸入ポート１４６との間には、外部から作動ガスを補充するための受入ポート及び配管が接続されていてもよい。
【００５５】
圧縮機本体１４０は、例えばスクロール方式或いはロータリ式のポンプであり、吸入されたガスを昇圧する機能を奏するものである。圧縮機本体１４０には圧縮機モータ１７２が設けられ、圧縮機本体１４０は圧縮機モータ１７２によって駆動される。圧縮機本体１４０は、昇圧された作動ガスを高圧配管１４４に送り出す。圧縮機本体１４０はオイルを用いて冷却を行う構成とされており、オイルを循環させるオイル冷却配管が圧縮機本体１４０に付随して設けられている。このため、昇圧された作動ガスはこのオイルが若干混入した状態で高圧配管１４４に送り出される。
【００５６】
よって、高圧配管１４４にはその中途にオイルセパレータ１５４が設けられている。オイルセパレータ１５４にて作動ガスから分離されたオイルは低圧配管１４２へと戻され、低圧配管１４２を通じて圧縮機本体１４０に戻されてもよい。オイルセパレータ１５４には過度の高圧を解放するためのリリーフ弁が設けられていてもよい。
【００５７】
圧縮機本体１４０とオイルセパレータ１５４とを接続する高圧配管１４４の中途に、圧縮機本体１４０から送出された高圧作動ガスを冷却するための熱交換器が設けられていてもよい（図示せず）。熱交換器は例えば冷却水により作動ガスを冷却する。またこの冷却水は圧縮機本体１４０を冷却するオイルを冷却するためにも利用されてもよい。高圧配管１４４において熱交換器の上流及び下流の少なくとも一方に作動ガスの温度を測定する温度センサが設けられていてもよい。
【００５８】
オイルセパレータ１５４を経由した作動ガスは、高圧配管１４４を通じてアドソーバ１５６に送られる。アドソーバ１５６は、例えばストレージタンク１５０内のフィルタやオイルセパレータ１５４等の流路上の汚染物質除去手段により取り切れていない汚染成分を作動ガスから取り除くために設けられている。アドソーバ１５６は、例えば気化しているオイル成分を吸着により除去する。
【００５９】
吐出ポート１４８が高圧配管１４４の末端において第１圧縮機ユニット１０２の圧縮機筐体１３８に設けられている。すなわち高圧配管１４４は圧縮機本体１４０と吐出ポート１４８とを接続し、その中途にオイルセパレータ１５４及びアドソーバ１５６が設けられている。アドソーバ１５６を経由した作動ガスは吐出ポート１４８を通じてクライオポンプ１０へと送出される。
【００６０】
第１圧縮機ユニット１０２は、低圧配管１４２と高圧配管１４４とをつなぐバイパス配管１５８を有するバイパス機構１５２を備える。図示の実施例では、バイパス配管１５８は、ストレージタンク１５０と圧縮機本体１４０との間において低圧配管１４２から分岐している。また、バイパス配管１５８は、オイルセパレータ１５４とアドソーバ１５６との間において高圧配管１４４から分岐している。
【００６１】
バイパス機構１５２は、クライオポンプ１０へと送出されずに高圧配管１４４から低圧配管１４２へと迂回する作動ガス流量を制御するための制御弁を備える。図示の実施例においては、バイパス配管１５８の中途に第１制御弁（均圧弁ともいう）１６０及び第２制御弁（リリーフ弁ともいう）１６２が並列に設けられている。均圧弁１６０は、例えば常開型のソレノイドバルブである。よって、第１圧縮機ユニット１０２の運転が停止されると（すなわち第１圧縮機ユニット１０２への給電が停止されると）、均圧弁１６０が開放され低圧配管１４２と高圧配管１４４の圧力が等しくなる。リリーフ弁１６２は、例えば常閉型のソレノイドバルブである。本実施例においてはリリーフ弁１６２が第１圧縮機ユニット１０２の運転中にバイパス配管１５８の流量制御弁として使用される。
【００６２】
第１圧縮機ユニット１０２は、クライオポンプ１０からの戻りガスの圧力を測定するための第１圧力センサ１６４と、クライオポンプ１０への送出ガスの圧力を測定するための第２圧力センサ１６６と、を備える。第１圧縮機ユニット１０２の動作中は送出ガスのほうが戻りガスよりも高圧であるから、以下では第１圧力センサ１６４及び第２圧力センサ１６６をそれぞれ、低圧センサ及び高圧センサと呼ぶこともある。
【００６３】
第１圧力センサ１６４は低圧配管１４２の圧力を測定し、第２圧力センサ１６６は高圧配管１４４の圧力を測定するよう設けられている。第１圧力センサ１６４は例えばストレージタンク１５０に設置されており、ストレージタンク１５０において脈動が除去された戻りガスの圧力を測定する。第１圧力センサ１６４は低圧配管１４２の任意の位置に設けられていてもよい。第２圧力センサ１６６はオイルセパレータ１５４とアドソーバ１５６との間に設けられている。第２圧力センサ１６６は高圧配管１４４の任意の位置に設けられていてもよい。
【００６４】
なお、第１圧力センサ１６４及び第２圧力センサ１６６は、第１圧縮機ユニット１０２の外部に設けられていてもよく、例えば第１吸入配管１３２及び第１吐出配管１２８に設けられていてもよい。また、バイパス機構１５２も第１圧縮機ユニット１０２の外部に設けられていてもよく、例えば第１吸入配管１３２と第１吐出配管１２８とをバイパス配管１５８が接続していてもよい。
【００６５】
図３に示される圧縮機構造部１３６は、圧縮機本体１４０、低圧配管１４２、高圧配管１４４、吸入ポート１４６、吐出ポート１４８、ストレージタンク１５０、バイパス機構１５２、オイルセパレータ１５４、アドソーバ１５６、バイパス配管１５８、均圧弁１６０、リリーフ弁１６２、第１圧力センサ１６４、第２圧力センサ１６６、圧縮機モータ１７２を含む。これら構成要素は、圧縮機筐体１３８に収められている。
【００６６】
図４は、本実施形態に係るクライオポンプシステム１０００に関する制御ブロック図である。図４は、本発明の一実施形態に関連するクライオポンプシステム１０００の主要部分を示している。複数のクライオポンプ１０のうち１つについて内部の詳細を示し、他のクライオポンプ１０については同様であるので図示を省略する。同様に、第１圧縮機ユニット１０２について詳細を示し、第２圧縮機ユニット１０４はそれと同様であるので内部の図示を省略する。
【００６７】
ＣＰコントローラ１００は上述のように、各クライオポンプ１０のＩＯモジュール５０に通信可能に接続されている。ＩＯモジュール５０は、冷凍機インバータ５２及び信号処理部５４を含む。冷凍機インバータ５２は外部電源例えば商用電源から供給される規定の電圧及び周波数の電力を調整し冷凍機モータ２６に供給する。冷凍機モータ２６に供給されるべき電圧及び周波数はＣＰコントローラ１００により制御される。
【００６８】
ＣＰコントローラ１００はセンサ出力信号に基づいて指令制御量を決定する。信号処理部５４は、ＣＰコントローラ１００から送信された指令制御量を冷凍機インバータ５２へと中継する。例えば、信号処理部５４はＣＰコントローラ１００からの指令信号を冷凍機インバータ５２で処理可能な信号に変換して冷凍機インバータ５２に送信する。指令信号は冷凍機モータ２６の運転周波数を表す信号を含む。また、信号処理部５４は、クライオポンプ１０の各種センサの出力をＣＰコントローラ１００へと中継する。例えば、信号処理部５４はセンサ出力信号をＣＰコントローラ１００で処理可能な信号に変換してＣＰコントローラ１００に送信する。
【００６９】
ＩＯモジュール５０の信号処理部５４には、第１温度センサ２３及び第２温度センサ２５を含む各種センサが接続されている。上述のように第１温度センサ２３は冷凍機１２の第１冷却ステージ２２の温度を測定し、第２温度センサ２５は冷凍機１２の第２冷却ステージ２４の温度を測定する。第１温度センサ２３及び第２温度センサ２５はそれぞれ、第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４の温度を周期的に測定し、測定温度を示す信号を出力する。第１温度センサ２３及び第２温度センサ２５の測定値は、所定時間おきにＣＰコントローラ１００へと入力され、ＣＰコントローラ１００の所定の記憶領域に格納保持される。
【００７０】
ＣＰコントローラ１００は、クライオパネルの温度に基づいて冷凍機１２を制御する。ＣＰコントローラ１００は、クライオパネルの実温度が目標温度に追従するように冷凍機１２に指令信号を与える。例えば、ＣＰコントローラ１００は、第１段のクライオパネルの目標温度と第１温度センサ２３の測定温度との偏差を最小化するようにフィードバック制御により冷凍機インバータ指令信号を生成する。冷凍機インバータ指令信号は、ＣＰコントローラ１００からＩＯモジュール５０を介して冷凍機インバータ５２に与えられる。冷凍機インバータ５２は、冷凍機インバータ指令信号に従って冷凍機モータ２６の運転周波数を制御する。冷凍機モータ２６の運転周波数に応じて冷凍機モータ２６の回転数すなわち冷凍機１２の熱サイクルの周波数が定まる。第１段のクライオパネルの目標温度は例えば、真空チャンバ８０で行われるプロセスに応じて仕様として定められる。この場合、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４及びパネル構造体１４は、冷凍機１２の仕様及び外部からの熱負荷によって定まる温度に冷却される。
【００７１】
第１温度センサ２３の測定温度が目標温度よりも高温である場合には、ＣＰコントローラ１００は、冷凍機モータ２６の運転周波数を増加するようＩＯモジュール５０に冷凍機インバータ指令信号を出力する。モータ運転周波数の増加に連動して冷凍機１２における熱サイクルの周波数も増加され、冷凍機１２の第１冷却ステージ２２は目標温度に向けて冷却される。逆に第１温度センサ２３の測定温度が目標温度よりも低温である場合には、冷凍機モータ２６の運転周波数は減少されて冷凍機１２の第１冷却ステージ２２は目標温度に向けて昇温される。
【００７２】
通常は、第１冷却ステージ２２の目標温度は一定値に設定される。よって、ＣＰコントローラ１００は、クライオポンプ１０への熱負荷が増加したときに冷凍機モータ２６の運転周波数を増加するように冷凍機インバータ指令信号を出力し、クライオポンプ１０への熱負荷が減少したときに冷凍機モータ２６の運転周波数を減少するように冷凍機インバータ指令信号を出力する。なお、目標温度は適宜変動させてもよく、例えば、目標とする雰囲気圧力を排気対象容積に実現するようにクライオパネルの目標温度を逐次設定するようにしてもよい。またＣＰコントローラ１００は、第２段のクライオパネルの実温度を目標温度に一致させるように冷凍機モータ２６の運転周波数を制御してもよい。
【００７３】
典型的なクライオポンプにおいては、熱サイクルの周波数は常に一定とされている。常温からポンプ動作温度への急冷却を可能とするように比較的大きい周波数で運転するよう設定され、外部からの熱負荷が小さい場合にはヒータにより加熱することでクライオパネルの温度を調整する。よって、消費電力が大きくなる。これに対して本実施形態においては、クライオポンプ１０への熱負荷に応じて熱サイクル周波数を制御するため、省エネルギー性に優れるクライオポンプを実現することができる。また、ヒータを必ずしも設ける必要がなくなることも消費電力の低減に寄与する。
【００７４】
ＣＰコントローラ１００は、圧縮機コントローラ１６８に通信可能に接続されている。本発明の一実施形態に係るクライオポンプシステム１０００の制御部は、ＣＰコントローラ１００及び圧縮機コントローラ１６８を含む複数のコントローラで構成されている。他の一実施例においては、クライオポンプシステム１０００の制御部は単一のＣＰコントローラ１００によって構成されていてもよく、圧縮機ユニット１０２、１０４には圧縮機コントローラ１６８に代えてＩＯモジュールを設けてもよい。この場合ＩＯモジュールはＣＰコントローラ１００と圧縮機ユニット１０２、１０４の各構成要素との間で制御信号を中継する。また、圧縮機コントローラ１６８が、ＣＰコントローラ１００の一部を構成してもよい。
【００７５】
圧縮機コントローラ１６８は、ＣＰコントローラ１００からの制御信号に基づいて、またはＣＰコントローラ１００から独立して、第１圧縮機ユニット１０２を制御する。一実施例においては、圧縮機コントローラ１６８は、ＣＰコントローラ１００から各種の設定値を表す信号を受信し、その設定値を使用して第１圧縮機ユニット１０２を制御する。圧縮機コントローラ１６８はセンサ出力信号に基づいて指令制御量を決定する。圧縮機コントローラ１６８は、ＣＰコントローラ１００と同様に、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ、入出力インターフェース、メモリ等を備える。
【００７６】
また、圧縮機コントローラ１６８は、第１圧縮機ユニット１０２の運転状態を表す信号をＣＰコントローラ１００に送信する。運転状態を表す信号は例えば、第１圧力センサ１６４及び第２圧力センサ１６６の測定圧力、リリーフ弁１６２の開度または制御電流、圧縮機モータ１７２の運転周波数などを含む。
【００７７】
第１圧縮機ユニット１０２は、圧縮機インバータ１７０及び圧縮機モータ１７２を含む。圧縮機モータ１７２は、圧縮機本体１４０を動作させ運転周波数が可変であるモータであり、圧縮機本体１４０に設けられている。冷凍機モータ２６と同様に圧縮機モータ１７２として各種のモータを採用することができる。圧縮機コントローラ１６８は、圧縮機インバータ指令信号を生成し、圧縮機インバータ１７０に出力する。圧縮機インバータ１７０は、圧縮機インバータ指令信号に従って圧縮機モータ１７２の運転周波数を制御する。圧縮機モータ１７２の運転周波数に応じて圧縮機モータ５３の回転数が制御される。圧縮機インバータ１７０は、圧縮機インバータ指令信号に従って、外部電源例えば商用電源から供給される規定の電圧及び周波数の電力を調整し圧縮機モータ１７２に供給する。圧縮機モータ１７２に供給されるべき電圧及び周波数は、圧縮機インバータ指令信号により決定される。
【００７８】
圧縮機コントローラ１６８には、第１圧力センサ１６４及び第２圧力センサ１６６を含む各種センサが接続されている。上述のように第１圧力センサ１６４は圧縮機本体１４０吸入側の圧力を周期的に測定し、第２圧力センサ１６６は圧縮機本体１４０の吐出側の圧力を周期的に測定する。第１圧力センサ１６４及び第２圧力センサ１６６の測定値は、所定時間おきに圧縮機コントローラ１６８へと入力され、圧縮機コントローラ１６８の所定の記憶領域に格納保持される。
【００７９】
圧縮機コントローラ１６８には、上述のリリーフ弁１６２が接続されている。リリーフ弁１６２を駆動するためのリリーフ弁ドライバ１７４がリリーフ弁１６２に付随して設けられており、リリーフ弁ドライバ１７４が圧縮機コントローラ１６８に接続されている。圧縮機コントローラ１６８は、リリーフ弁指令信号を生成し、リリーフ弁ドライバ１７４に出力する。リリーフ弁指令信号はリリーフ弁１６２の開度を決定するものであり、リリーフ弁ドライバ１７４は、リリーフ弁１６２をその開度に制御する。このようにリリーフ弁１６２は、リリーフ弁指令信号に従ってバイパス配管１５８の流量を制御するようバイパス配管１５８に設けられている。リリーフ弁ドライバ１７４は、圧縮機コントローラ１６８に組み込まれていてもよい。
【００８０】
圧縮機コントローラ１６８は、圧縮機ユニット１０２の出入口間の差圧（以下では圧縮機差圧ということもある）を目標差圧に維持するように圧縮機本体１４０を制御する。例えば、圧縮機コントローラ１６８は、圧縮機ユニット１０２の出入口間の差圧を一定値とするようにフィードバック制御を実行する。一実施例においては、圧縮機コントローラ１６８は、第１圧力センサ１６４及び第２圧力センサ１６６の測定値から圧縮機差圧を求める。圧縮機コントローラ１６８は、圧縮機差圧を目標値に一致させるように圧縮機モータ１７２の運転周波数を決定する。圧縮機コントローラ１６８は、その運転周波数を実現するよう圧縮機インバータ１７０を制御する。なお差圧の目標値は、差圧一定制御の実行中に変更されてもよい。
【００８１】
このような差圧一定制御により、更なる消費電力の低減が実現される。クライオポンプ１０及び冷凍機１２への熱負荷が小さい場合には、上述のクライオパネル温調制御により冷凍機１２での熱サイクル周波数は小さくなる。そうすると、冷凍機１２で必要となる作動ガス量は小さくなる。そのとき、必要量を超過するガス量が圧縮機ユニット１０２から送られ得る。よって、圧縮機ユニット１０２の出入口間差圧は拡大しようとする。しかし、本実施形態では圧縮機差圧を一定にするように圧縮機モータ１７２の運転周波数が制御される。この場合、差圧を目標値へと縮小するよう圧縮機モータ１７２の運転周波数は小さくなる。したがって、典型的なクライオポンプのように常に一定の運転周波数で圧縮機を運転する場合に比べて、消費電力を低減することができる。
【００８２】
一方、クライオポンプ１０への熱負荷が大きくなったときには、圧縮機差圧を一定にするよう圧縮機モータ１７２の運転周波数が増加される。このため、冷凍機１２に供給されるガス量を十分に確保することができるので、熱負荷の増加に起因するクライオパネル温度の目標温度からの乖離を最小限に抑えることができる。
【００８３】
特に、作動ガス吸気のために高圧側にバルブを開くタイミングが複数の冷凍機１２で重なり又はごく接近したときには、必要なガスの総量が大きくなる。例えば圧縮機を単に一定の吐出流量で運転する場合や、圧縮機の吐出圧が不十分である場合には、先にバルブを開いて吸気する冷凍機よりも後にバルブを開く冷凍機のほうが、供給されるガス量が小さくなる。複数の冷凍機１２間での供給ガス量の違いは、冷凍機１２間での冷凍能力のばらつきを生じさせる。こうした場合に比べて、差圧制御を実行することにより、冷凍機１２への作動ガス流量を十分に確保することができる。差圧制御は省エネルギー性に寄与するだけではなく、複数の冷凍機１２間の冷凍能力のばらつきを抑えることもできる。
【００８４】
図５は、本発明の一実施形態に係る圧縮機ユニット運転制御の制御フローを説明するための図である。図５に示される制御処理は、クライオポンプ１０の運転中に所定の周期で圧縮機コントローラ１６８により繰り返し実行される。この処理は、各圧縮機ユニット１０２、１０４それぞれの圧縮機コントローラ１６８において他の圧縮機ユニット１０２、１０４から独立して実行される。図５においては圧縮機コントローラ１６８における演算処理を示す部分を破線で区画し、圧縮機ユニット１０２、１０４のハードウェアの動作を示す部分を一点鎖線で区画している。
【００８５】
圧縮機コントローラ１６８は、制御量演算部１７６を備える。制御量演算部１７６は、例えば、少なくとも差圧一定制御のための指令制御量を演算するよう構成されている。この実施例では、演算された指令制御量が、圧縮機モータ１７２の運転周波数とリリーフ弁１６２の開度とに配分されて差圧一定制御が実行される。他の一実施例においては、圧縮機モータ１７２の運転周波数及びリリーフ弁１６２の開度の一方のみを指令制御量として差圧一定制御が実行されてもよい。制御量演算部１７６は、後述するように、差圧一定制御、吐出圧制御、及び吸入圧制御の少なくともいずれかのための指令制御量を演算するよう構成されていてもよい。
【００８６】
図５に示されるように、圧縮機コントローラ１６８には目標差圧ΔＰ０が予め設定され入力されている。目標差圧は例えばＣＰコントローラ１００において設定され、圧縮機コントローラ１６８に与えられる。第１圧力センサ１６４により吸入側の測定圧ＰＬが測定され、第２圧力センサ１６６により吐出側の測定圧ＰＨが測定され、各センサから圧縮機コントローラ１６８に与えられる。第１圧力センサ１６４の測定圧ＰＬのほうが第２圧力センサ１６６の測定圧ＰＨよりも通常は低圧である。
【００８７】
圧縮機コントローラ１６８は、吐出側測定圧ＰＨから吸入側測定圧ＰＬを減じて測定差圧ΔＰを求め、さらに設定差圧ΔＰ０から測定差圧ΔＰを減じて差圧偏差ｅを求める偏差演算部１７８を備える。圧縮機コントローラ１６８の制御量演算部１７６は、例えばＰＤ演算またはＰＩＤ演算を含む所定の制御量演算処理により差圧偏差ｅから指令制御量Ｄを算出する。
【００８８】
なお、図示されるように圧縮機コントローラ１６８は、偏差演算部１７８を制御量演算部１７６とは別に備えてもよいし、制御量演算部１７６が偏差演算部１７８を備えてもよい。また、制御量演算部１７６の後段に、指令制御量Ｄを所定時間積算して出力配分処理部１８０に与えるための積分演算部が設けられていてもよい。
【００８９】
圧縮機コントローラ１６８は、第１指令出力値Ｄ１と第２指令出力値Ｄ２とに指令制御量Ｄを配分する出力配分処理部１８０を備える。出力配分処理部１８０は、指令制御量Ｄの値の大きさに応じて、第１指令出力値Ｄ１と第２指令出力値Ｄ２を決定する。出力配分処理部１８０は、出力配分テーブル１８１を参照し、これに従って指令制御量Ｄから第１指令出力値Ｄ１と第２指令出力値Ｄ２を決定する。出力配分テーブル１８１は予め用意され、出力配分処理部１８０または圧縮機コントローラ１６８に保存されている。
【００９０】
指令制御量Ｄは、圧縮機ユニットの目標流量に相当するパラメータである。指令制御量Ｄは、目標差圧ΔＰ０などの目標圧力を実現するために圧縮機ユニットが送出すべき作動ガス流量を表す。なお、指令制御量Ｄは、圧縮機ユニットの目標流量そのものを直接表す必要はない。指令制御量Ｄは、関数またはテーブルによって圧縮機ユニットの目標流量に関連付けられたパラメータ、または、圧縮機ユニットの目標流量に相関する任意のパラメータであってもよい。
【００９１】
第１指令出力値Ｄ１は、圧縮機モータ１７２の運転周波数指令値に相当するパラメータである。第１指令出力値Ｄ１は、関数またはテーブルによって運転周波数指令値に関連付けられたパラメータ、または、運転周波数指令値に相関する任意のパラメータであってもよい。第２指令出力値Ｄ２は、リリーフ弁１６２の開度指令値に相当するパラメータである。第２指令出力値Ｄ２は、関数またはテーブルによって開度指令値に関連付けられたパラメータ、または、開度指令値に相関する任意のパラメータであってもよい。
【００９２】
圧縮機コントローラ１６８は、圧縮機インバータ指令信号Ｅを第１出力指令値Ｄ１から生成するインバータ指令部１８２と、リリーフ弁指令信号Ｒを第２出力指令値Ｄ２から生成するリリーフ弁指令部１８４と、を備える。圧縮機インバータ指令信号Ｅは、圧縮機インバータ１７０に与えられ、その指令に従って圧縮機本体１４０すなわち圧縮機モータ１７２の運転周波数が制御される。圧縮機インバータ指令信号Ｅは、例えば運転周波数指令値を表す電圧信号又はその他の電気信号である。また、リリーフ弁指令信号Ｒは、リリーフ弁ドライバ１７４に与えられ、その指令に従ってリリーフ弁１６２の開度が制御される。リリーフ弁指令信号Ｒは、リリーフ弁１６２の開度指令値を表す電気信号であり、例えばソレノイドコイルを駆動するためのパルス出力信号である。
【００９３】
このようにして、圧縮機コントローラ１６８は、圧縮機ユニット１０２、１０４からクライオポンプ１０（すなわち冷凍機１２）に作動ガスが目標流量で供給されるようにリリーフ弁指令信号Ｒおよび圧縮機インバータ指令信号Ｅを決定する。圧縮機コントローラ１６８は、決定されたリリーフ弁指令信号Ｒに基づきリリーフ弁１６２の開度を制御する。圧縮機コントローラ１６８は、リリーフ弁指令信号Ｒをリリーフ弁ドライバ１７４に出力し、それにより、リリーフ弁指令信号Ｒに従ってリリーフ弁１６２が開かれる。また圧縮機コントローラ１６８は、決定された圧縮機インバータ指令信号Ｅに基づき圧縮機本体１４０の運転周波数を制御する。圧縮機コントローラ１６８は、圧縮機インバータ指令信号Ｅを圧縮機インバータ１７０に出力し、それにより、圧縮機インバータ指令信号Ｅに従って圧縮機モータ１７２の運転周波数が制御される。
【００９４】
圧縮機本体１４０及びリリーフ弁１６２の動作状態、及び関連する配管やタンク等の特性によって作動ガスであるヘリウムの圧力が決まる。こうして決まったヘリウム圧力が第１圧力センサ１６４及び第２圧力センサ１６６により測定される。
【００９５】
上述のように、各圧縮機ユニット１０２、１０４においては各々の圧縮機コントローラ１６８によって独立に差圧一定制御が実行される。圧縮機コントローラ１６８は、差圧偏差ｅを最小化する（好ましくはゼロにする）ようフィードバック制御を実行する。
【００９６】
ただし、図５に示す偏差ｅは差圧の偏差には限られない。一実施例においては、圧縮機コントローラ１６８は、吐出側測定圧ＰＨと設定圧との偏差から指令制御量を演算する吐出圧制御を実行してもよい。この場合、設定圧は、圧縮機の吐出側圧力の上限値であってもよい。圧縮機コントローラ１６８は、吐出側測定圧ＰＨがこの上限値を上回ったときに吐出側測定圧ＰＨとの偏差から指令制御量を演算してもよい。上限値は例えばクライオポンプ１０の排気能力を保証する圧縮機の最高吐出圧に基づき適宜経験的または実験的に設定してもよい。
【００９７】
このようにすれば、吐出圧の過度の上昇を抑え、安全性をより高めることが可能となる。よって、吐出圧制御は、圧縮機ユニットのための保護制御の一例である。
【００９８】
また、一実施例においては、圧縮機コントローラ１６８は、吸入側測定圧ＰＬと設定圧との偏差から指令制御量を演算する吸入圧制御を実行してもよい。この場合、設定圧は、圧縮機の吸入側圧力の下限値であってもよい。圧縮機コントローラ１６８は、吸入側測定圧ＰＬがこの下限値を下回ったときに吸入側測定圧ＰＬとの偏差から指令制御量を演算してもよい。下限値は例えばクライオポンプ１０の排気能力を保証する圧縮機の最低吸入圧に基づき適宜経験的または実験的に設定してもよい。
【００９９】
このようにすれば、吸入圧の低下に伴う作動ガス流量の低下に起因する圧縮機本体の過度の温度上昇を抑えることが可能となる。また、作動ガスの配管系から気体のリークが生じている場合に運転を直ちに停止させることなく、過度の圧低下を防ぎつつ運転をある程度の期間継続することも可能であるかもしれない。よって、吸入圧制御は、圧縮機ユニットのための保護制御の一例である。
【０１００】
図６は、本発明の一実施形態に係る出力配分テーブル１８１を模式的に例示する図である。縦軸は第１出力指令値Ｄ１（実線）および第２出力指令値Ｄ２（破線）を表し、横軸は指令制御量Ｄを表す。第１出力指令値Ｄ１は実線で示され、第２出力指令値Ｄ２は破線で示されている。上述のように、第１出力指令値Ｄ１および第２出力指令値Ｄ２はそれぞれ運転周波数指令値および開度指令値に相当または相関し、指令制御量Ｄは圧縮機ユニットの目標流量に相当または相関する。よって、出力配分テーブル１８１は、圧縮機モータ１７２の運転周波数指令値と圧縮機ユニットの目標流量との関係、およびリリーフ弁１６２の開度指令値と圧縮機ユニットの目標流量との関係を表している。
【０１０１】
第１出力指令値Ｄ１の取りうる値の範囲が、第１区間および第２区間に予め限定されている。第１区間は、下限値Ｄ１Ｌから第１値Ｄ１１までの範囲であり、第２区間は、第２値Ｄ１２から上限値Ｄ１Ｕまでの範囲である。第１出力指令値Ｄ１は運転周波数指令値に相関するから、図示される下限値Ｄ１Ｌ、第１値Ｄ１１、第２値Ｄ１２、上限値Ｄ１Ｕはそれぞれ、運転周波数の下限値、第１値、第２値、上限値に対応する。
【０１０２】
よって、出力配分テーブル１８１によって、運転周波数の取りうる値の範囲は、下限値から第１値までの第１運転周波数区間、および、第２値から上限値までの第２運転周波数区間に予め限定されている。運転周波数の下限値はゼロより大きく、例えば２０Ｈｚから４０Ｈｚ、または２５Ｈｚから３５Ｈｚの間にあり、例えば３０Ｈｚであってもよい。運転周波数の上限値は、例えば７０Ｈｚから９０Ｈｚ、または７５Ｈｚから８５Ｈｚの間にあり、例えば７８Ｈｚであってもよい。運転周波数の上限値および下限値は、例えば、圧縮機の仕様として予め定められる。
【０１０３】
第１値Ｄ１１から第２値Ｄ１２までの区間は使用されない。この区間に対応する運転周波数の第１値から第２値までの不使用周波数区間が圧縮機構造部１３６の少なくとも一部分（例えば、低圧配管１４２、高圧配管１４４、バイパス配管１５８などの配管）についての少なくとも１つの固有振動数ω０を含むように定められている。運転周波数の第１値および第２値は下限値と上限値の間にあり、第２値は第１値より大きい。固有振動数ω０は設計者の経験的知見、実験またはシミュレーションにより既知である。第１値は固有振動数ω０より小さい値に定められ、第２値は固有振動数ω０より大きい値に定められる。
【０１０４】
出力配分テーブル１８１は、指令制御量Ｄの第１値ｄ１、第２値ｄ２、第３値ｄ３、第４値ｄ４を、第１出力指令値Ｄ１の下限値Ｄ１Ｌ、第１値Ｄ１１、第２値Ｄ１２、上限値Ｄ１Ｕに対応付けている。このように指定された指令制御量Ｄと第１出力指令値Ｄ１の組（つまり、（ｄ１，Ｄ１Ｌ）、（ｄ２，Ｄ１１）、（ｄ３，Ｄ１２）、（ｄ４，Ｄ１Ｕ））どうしの間は直線補間により指令制御量Ｄと第１出力指令値Ｄ１の関係が定められている。
【０１０５】
図６に示されるように、指令制御量Ｄが最小値ｄ０から第１値ｄ１の間にある場合、第１出力指令値Ｄ１は下限値Ｄ１Ｌを取る。指令制御量Ｄが第１値ｄ１から第２値ｄ２の間にある場合、第１出力指令値Ｄ１は下限値Ｄ１Ｌと第１値Ｄ１１の間にあり、第１出力指令値Ｄ１は指令制御量Ｄと直線的または比例的な関係にある。指令制御量Ｄが第２値ｄ２から第３値ｄ３の間にある場合、第１出力指令値Ｄ１は第２値Ｄ１２を取る。指令制御量Ｄが第３値ｄ３から第４値ｄ４の間にある場合、第１出力指令値Ｄ１は第２値Ｄ１２と上限値Ｄ１Ｕの間にあり、第１出力指令値Ｄ１は指令制御量Ｄと直線的または比例的な関係にある。
【０１０６】
このような指令制御量Ｄと第１出力指令値Ｄ１との関係により、出力配分テーブル１８１は、圧縮機本体１４０の下限吐出流量、第１吐出流量、第２吐出流量、および上限吐出流量を、運転周波数の下限値、第１値、第２値、上限値に対応付けている。圧縮機ユニットの目標流量が下限吐出流量より小さい場合、運転周波数は下限値に固定される。目標流量が下限吐出流量から第１吐出流量へと増えていくとき、運転周波数は下限値から第１値へと直線的に増えていく。目標流量が第１吐出流量に達すると、運転周波数は第１値から第２値へと切り替わり、不連続的に増加する。目標流量が第１吐出流量から第２吐出流量へと増えていくとき、運転周波数は第２値に固定される。目標流量が第２吐出流量から上限値へと増えていくとき、運転周波数は第２値から上限値へと直線的に増えていく。目標流量が減るときは、これとは逆の様相で運転周波数が変化する。
【０１０７】
また、出力配分テーブル１８１は、指令制御量Ｄの最小値ｄ０、第１値ｄ１、第２値ｄ２、第３値ｄ３、第４値ｄ４を、第２出力指令値Ｄ２の最大値Ｄ２２、最小値Ｄ２０、中間値Ｄ２１、最小値Ｄ２０、最小値Ｄ２０に対応付けている。第２出力指令値Ｄ２の最大値Ｄ２２はリリーフ弁１６２の最大開度に対応してもよい。第２出力指令値Ｄ２の最小値Ｄ２０はリリーフ弁１６２の閉鎖に対応してもよい。第２出力指令値Ｄ２の中間値Ｄ２１は、リリーフ弁１６２のある中間的な開度に対応してもよい。指令制御量Ｄと第２出力指令値Ｄ２の組どうしの間は直線補間により指令制御量Ｄと第２出力指令値Ｄ２の関係が定められている。
【０１０８】
図６に示されるように、指令制御量Ｄが最小値ｄ０から第１値ｄ１の間にある場合、第２出力指令値Ｄ２は最大値Ｄ２２と最小値Ｄ２０の間にあり、第２出力指令値Ｄ２は指令制御量Ｄと直線的または比例的な関係にある。指令制御量Ｄが第１値ｄ１から第２値ｄ２の間にある場合、第２出力指令値Ｄ２は最小値Ｄ２０を取る。指令制御量Ｄが第２値ｄ２から第３値ｄ３の間にある場合、第２出力指令値Ｄ２は中間値Ｄ２１と最小値Ｄ２０の間にあり、第２出力指令値Ｄ２は指令制御量Ｄと直線的または比例的な関係にある。指令制御量Ｄが第３値ｄ３から第４値ｄ４の間にある場合、第２出力指令値Ｄ２は最小値Ｄ２０を取る。
【０１０９】
このような指令制御量Ｄと第２出力指令値Ｄ２との関係により、出力配分テーブル１８１は、圧縮機本体１４０の吐出流量をリリーフ弁１６２の開度（すなわちバイパス配管１５８の流量）に対応付けている。圧縮機ユニットの目標流量がゼロのときリリーフ弁１６２は最大開度とされ、そこから目標流量が下限吐出流量へと増えていくとき、リリーフ弁１６２の開度は徐々に小さくなっていく。目標流量が下限吐出流量から第１吐出流量へと増えていくとき、リリーフ弁１６２は閉鎖される。目標流量が第１吐出流量に達すると、リリーフ弁１６２が中間的な開度で開かれる。目標流量が第１吐出流量から第２吐出流量へと増えていくとき、リリーフ弁１６２の開度は徐々に小さくなっていく。目標流量が第２吐出流量から上限値へと増えていくとき、リリーフ弁１６２は閉鎖される。目標流量が減るときは、これとは逆の様相で開度が変化する。
【０１１０】
このような出力配分テーブル１８１を参照することによって、圧縮機コントローラ１６８は、目標流量が第１吐出流量と第２吐出流量の間にある場合、運転周波数が第２値を取るようにインバータ指令信号Ｅを決定する。それとともに、圧縮機コントローラ１６８は、そのインバータ指令信号に従って得られる圧縮機本体１４０の吐出流量から目標流量を差し引いた差分流量にバイパス配管１５８の流量が一致するようにリリーフ弁指令信号Ｒを決定する。
【０１１１】
実施形態に係る圧縮機ユニットによると、圧縮機構造部１３６の固有振動数ω０を含むように運転周波数の不使用区間が定められているので、圧縮機本体１４０の動作による圧縮機構造部１３６の共振は生じがたい。また、運転周波数が第２値を取るようにインバータ指令信号Ｅが決定されるので、目標流量に余剰流量（上記の差分流量に相当する）を付加した合計流量で作動ガスが圧縮機本体１４０から高圧配管１４４に吐出される。その余剰流量にバイパス配管１５８の流量が相当するようにリリーフ弁指令信号Ｒが決定されるので、余剰流量は高圧配管１４４から低圧配管１４２に作動ガスが回収される。こうして、圧縮機ユニット１０２、１０４は目標流量で作動ガスを冷凍機１２に供給することができる。構造的な設計変更を要することなく、極低温冷凍機のためのインバータ駆動の圧縮機ユニットに生じうる共振を防止または緩和するとともに必要な吐出流量を確保することができる。
【０１１２】
なお、目標流量が第１吐出流量と第２吐出流量の間にある場合、運転周波数を第２値に固定することに代えて、運転周波数が第２運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号Ｅを決定してもよい。この場合、運転周波数は第２値より大きい値を取るから、圧縮機本体１４０の吐出流量が増える。リリーフ弁１６２の開度を大きくしバイパス配管１５８の流量を増すことによって、余剰流量を相殺することが可能である。ただし、運転周波数が小さいほうが消費電力を低減できるので、上述のように運転周波数を第２値とすることが好ましい。
【０１１３】
また、出力配分テーブル１８１を参照することによって、圧縮機コントローラ１６８は、目標流量が下限吐出流量と第１吐出流量の間にある場合、運転周波数が第１運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号Ｅを決定する。それとともに、圧縮機コントローラ１６８は、リリーフ弁１６２が閉鎖されるようにリリーフ弁指令信号Ｒを決定する。この場合、圧縮機インバータ１７０のみによって圧縮機ユニットの吐出流量が制御される。リリーフ弁１６２は吐出流量制御に使用されない。
【０１１４】
圧縮機コントローラ１６８は、目標流量が第２吐出流量と上限吐出流量の間にある場合、運転周波数が第２運転周波数区間に設定されるようにインバータ指令信号Ｅを決定する。それとともに、圧縮機コントローラ１６８は、リリーフ弁１６２が閉鎖されるようにリリーフ弁指令信号Ｒを決定する。この場合、圧縮機インバータ１７０のみによって圧縮機ユニットの吐出流量が制御される。リリーフ弁１６２は吐出流量制御に使用されない。
【０１１５】
圧縮機コントローラ１６８は、目標流量がゼロと下限吐出流量の間にある場合、運転周波数が下限値を取るようにインバータ指令信号Ｅを決定する。それとともに、圧縮機コントローラ１６８は、上述の差分流量にバイパス配管１５８の流量が一致するようにリリーフ弁指令信号Ｒを決定する。この場合、リリーフ弁１６２のみによって圧縮機ユニットの吐出流量が制御される。
【０１１６】
圧縮機コントローラは、運転周波数が第１値から第２値に切り替わるとき、リリーフ弁指令信号Ｒおよび／またはインバータ指令信号Ｅに平滑化処理を施してもよい。平滑化処理は、例えばローパスフィルタや移動平均などの時間的平滑化、その他の任意の公知の平滑化処理を採用することができる。このようにすれば、リリーフ弁指令信号Ｒおよび／またはインバータ指令信号Ｅの不連続的な変化によるヘリウムガス流量への悪影響を防止または緩和することができる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
ある実施形態においては、ＣＰコントローラ１００が、圧縮機ユニット１０２、１０４を制御してもよい。ＣＰコントローラ１００が、圧縮機コントローラ１６８を備えてもよい。ＣＰコントローラ１００が、圧縮機インバータ１７０を備えてもよい。ＣＰコントローラ１００が、リリーフ弁ドライバ１７４、制御量演算部１７６、偏差演算部１７８、出力配分処理部１８０、出力配分テーブル１８１、インバータ指令部１８２、及びリリーフ弁指令部１８４のうち少なくとも１つを備えてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１２  冷凍機、  １３６  圧縮機構造部、  １４０  圧縮機本体、  １４２  低圧配管、  １４４  高圧配管、  １５８  バイパス配管、  １６８  圧縮機コントローラ、  １７０  圧縮機インバータ、  １７２  圧縮機モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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