(57)【要約】【課題】コンパクトで効率的な極低温冷凍システムを作動させる方法を提供する。【解決手段】本発明の極低温冷凍システムを作動させる方法は、ろう付け板熱交換器の少なくとも一つの流路に下向きに冷媒流を流し、下向きに流れる冷媒流の速度が、極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速０．１メートルに保たれていることと、ろう付け板熱交換器のさらに少なくとも一つの流路に上向きに冷媒流を流し、上向きに流れる冷媒流の速度が、極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速１メートルに保たれていることとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温冷凍システムを作動させる方法であって、
ろう付け板熱交換器の少なくとも一つの流路に下向きに冷媒流を流し、前記下向きに流れる冷媒流の速度が、前記極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速０．１メートルに保たれていることと、
前記ろう付け板熱交換器のさらに少なくとも一つの流路に上向きに冷媒流を流し、前記上向きに流れる冷媒流の速度が、前記極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速１メートルに保たれていることとを含む方法。
【請求項２】
前記下向きに流れる冷媒流が、前記極低温冷凍システムの高圧流を含み、前記上向きに流れる冷媒流が、前記極低温冷凍システムの低圧流を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ろう付け板熱交換器のヘッダーが、前記ヘッダーを流れる冷媒の液体および気体留分を分配する挿入物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
吸込ライン蓄熱器を用いて、前記極低温冷凍システムの最も暖かい熱交換器を出る低圧冷媒流から液体冷媒を分離することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記極低温冷媒システムが、冷凍負荷コンプレッサーを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コンプレッサーが、往復運動コンプレッサーを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記コンプレッサーが、半密閉コンプレッサーを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記上向きに流れる冷媒流の速度が、前記極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速２メートルに保たれる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記システムにおける最も冷たい熱交換器が、１７インチ以上４８インチ未満の長さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記システムにおける最も冷たい二つの熱交換器が、それぞれ、１７インチ以上４８インチ未満の長さを有する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記システムにおける最も冷たい三つの熱交換器が、それぞれ、１７インチ以上４８インチ未満の長さを有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記システムにおける少なくとも一つの熱交換器が、約２．５インチから約３．５インチまでの幅を有し、約１７インチと約２４インチの間の長さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムにおける少なくとも一つの熱交換器が、約４．５インチから約５．５インチまでの幅を有し、約１７インチと約２４インチの間の長さを有する請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年７月１日に出願された米国仮出願第６１／５０３，７０２号、および２０１１年１２月２日に出願された米国仮出願第６１／５６６，３４０号に基づいて得られる権利を主張する。これらの出願による教示は、援用することによりすべて本明細書に組み入れられるものとする。
【背景技術】
【０００２】
通常の技術的手法においては、極低温冷凍システムの熱交換器は、十分に断熱されて、寄生熱損失が最小になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６５７４９７８号明細書
【特許文献２】米国特許第７４７８５４０号明細書
【特許文献３】米国特許第７４９０４８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、装置を整備する必要があるときも、断熱によって、熱交換器アレイが急速には暖まらない。それで、熱交換器アレイが室温に達するのに、１２時間、２４時間、４８時間または７２時間さえをも超える時間がかかる。これは、典型的（一般的）には、装置を修理する手立てとして実施される。例えば、システムに漏れがあるとの疑いがあるなら、システムの圧力を室温でチェックするために、装置を止めて暖めることを可能にする。チャージの除去だとか、水分もしくはその他の汚染物質の、またはシステムの最も冷たい部分におけるある種の冷媒の、過剰な蓄積からの回復だとかといった他の整備作業でも、そのように暖めることが必要である。このとき、機器を生産的な稼働に利用できない期間がかなりのものになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によって、極低温冷凍システムの熱交換器アレイを暖める方法が提供される。前記方法は、冷凍システムにおける冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムの極低温冷却動作の間に用いられる冷媒流回路から迂回させて、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めることと、冷媒流の少なくとも一部を迂回させる間に、冷凍システムのコンプレッサーを通る冷媒質量流が過剰になるのを防ぐこととを含む。
【０００６】
さらに関連する実施形態において、冷媒流の少なくとも一部を迂回させることは、冷媒流の少なくとも一部を、コンプレッサーから、熱交換器アレイにおけるポイントへ迂回させることを含む。熱交換器アレイにおけるポイントは、熱交換器アレイにおける最も冷たい熱交換器、または熱交換器アレイにおけるその次に冷たい熱交換器の低圧入口を含む。冷媒質量流が過剰になるのを防ぐことは、緩衝バルブを操作し（作動させ）て、冷媒を、冷凍システムにおける膨張タンクおよび緩衝タンクの少なくとも一方に蓄積できるようにすることを含む。緩衝バルブは、連続的に、またはパルス状に操作され、また、最小吸込圧に達した後に操作されてもよい。冷媒流の少なくとも一部を迂回させることは、冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムのコンデンサーの出口から、熱交換器アレイにおけるポイントへ迂回させることを含む。迂回させられた冷媒流の少なくとも一部は、極低温での冷凍システムの動作における最も冷たい熱交換器よりも実質的に暖かい温度の冷媒を含む。そのように迂回させることで、熱交換器アレイのすべてが暖まるようになる。前記方法は、熱交換器アレイの少なくとも一部を、極低温範囲内のある温度から、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、および少なくとも約３５℃からなるグループ内の温度にまで暖めることを含む。前記迂回させることは、冷媒流の少なくとも一部を、熱交換器アレイにおける少なくとも一つの熱交換器の高圧側から、熱交換器アレイにおける別のポイントへ迂回させることを含む。
【０００７】
さらに関係する実施形態において、前記迂回させることは、冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムにおける（時間的に）連続して用いられる少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させることを含み、少なくとも二つの暖め冷媒源は、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方である。前記迂回させることは、冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムにおける交互に連続して用いられる少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させることを含む。前記迂回させることは、冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムにおける少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させることを含み、少なくとも二つの暖め冷媒源が、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方であり、少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させられた流れを混ぜて、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めることを含む。前記迂回させることは、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖める間に、暖め冷媒の量を変えることを含む。冷媒流は、熱交換器アレイにおける二つ以上の位置へ迂回させられる。
【０００８】
本発明による別の実施形態において、冷媒流は、コンプレッサーの出口から供給ラインの入口へ迂回させられ、供給ラインから、冷媒が、クライオコイルおよびクライオサーフェイスの少なくとも一方に流れ、そこから、戻りラインを通って熱交換器アレイの低圧側に戻る。前記迂回させることは、熱交換器アレイの低圧側に戻る戻りライン中の冷媒の温度が戻りラインの高温設定点に達した後も続けられる。高温設定点は、約−２０℃から、約＋４０℃の範囲内の温度を含む。前記冷媒質量流が過剰になるのを防ぐことは、緩衝バルブを操作して、冷媒流の少なくとも一部を迂回させる間に、冷媒を、冷凍システムの膨張タンクと緩衝タンクの少なくとも一方に蓄積できるようにすることを含む。緩衝バルブは、連続して、またはパルス状に操作される。前記方法は、熱交換器アレイの低圧側に戻る戻りライン中の冷媒の温度が戻りラインの高温設定点に達した後に緩衝バルブを操作することを含む。前記方法は、冷媒流の少なくとも一部を、コンプレッサーの出口から供給ラインの入口へ迂回させている間中、緩衝バルブを操作することを含む。前記供給ラインの入口に流れを迂回させることは、熱交換器アレイの低圧側に戻る戻りラインの冷媒の温度が、戻りラインの高温設定点に達するまで続けられ、その後、前記迂回させることは、冷媒流の少なくとも一部をコンプレッサーから熱交換器アレイにおけるポイントへ迂回させることを含む。前記方法は、冷媒流の少なくとも一部をコンプレッサーから熱交換器アレイにおけるポイントに迂回させることに先立って、凍結防止回路および温度制御回路の少なくとも一方を用いて、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めることを含む。前記冷媒流の少なくとも一部を迂回させることは、熱交換器アレイの少なくとも一つの内部絞り弁によって生み出される冷却効果を超えるのに十分な冷媒流を迂回させ、それによって熱交換器アレイを暖めることを含む。前記方法は、熱交換器アレイを暖めている間の少なくとも一部の時間、熱交換器アレイの少なくとも一つの内部絞り弁を少なくとも部分的に閉じることを含む。前記方法は、熱交換器アレイを暖めている間の少なくとも一部の時間、冷凍システムのコンデンサーへ流れ込む、または、そこから流れ出す流れを、少なくとも部分的に遮断することを含む。前記方法は、熱交換器アレイを暖めている間の少なくとも一部の時間、冷凍システムの膨張タンクへの吸込側の接続を閉じることを含む。前記方法は、迂回させられた冷媒流が向かう熱交換器アレイ中の位置を制御することを含む。
【０００９】
さらに関連する実施形態において、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めることにより、バランス圧チェックが可能となり、そのとき、極低温での動作における冷媒流の少なくとも一部を迂回させ始めてからの時間が、６時間未満、４時間未満、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、１５分未満、および５分未満の少なくとも一つの時間内に、システムの高圧とシステムの低圧とが等しくなる。バランス圧チェックにおいて、達するシステムの高圧とシステムの低圧は、システムの自然なバランス圧である５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、および３０ｐｓｉの少なくとも一つのうちに収まる。前記方法は、冷凍システムの外部の機器を用いずに熱交換器アレイを暖めることを含む。冷凍システムは、混合冷凍システムを含み、冷媒は、最も高温で沸騰する成分から最も低温で沸騰する成分までの標準沸点間の差が少なくとも５０Ｋ、少なくとも１００Ｋ、少なくとも１５０Ｋ、および少なくとも２００Ｋの少なくとも一つである二つ以上の冷媒の混合物を含む。冷凍システムは、コンプレッサーと、コンデンサーおよび過熱低減熱交換器の少なくとも一方と、熱交換器アレイと、少なくとも一つの絞り弁デバイスと、蒸発器とを含む。冷凍システムは、少なくとも一つの相分離器を含む。
【００１０】
さらに関連する実施形態において、蒸発器が暖められる、冷凍システムの解凍モード動作間の少なくとも一部の時間、前記方法が実施され、冷凍システムは、さらに、蒸発器が冷却される冷却モードと、冷媒が蒸発器に供給されない待機モードとで作動する。前記方法は、熱交換器アレイにおける少なくとも一つの位置の少なくとも一つのセンサーが設定点の温度に達するとき、熱交換器の少なくとも一部を暖めるのを止めることを含む。少なくとも一つのセンサーは、以下のうち少なくとも一箇所に位置するが、それらの位置は、熱交換器アレイの一つの熱交換器への吐出入口と、熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吐出出口と、熱交換器アレイの一つの熱交換器への吸込入口と、熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吸込出口である。前記冷媒質量流が過剰になるのを防ぐことは、例えば、クランクケース圧調整バルブを用いることによってコンプレッサーへの入口で冷媒流を調整し、コンプレッサーを変速で駆動し、コンプレッサー（ここで、コンプレッサーは、往復運動型のコンプレッサー）の少なくとも一つのシリンダーへの質量流を遮断し、コンプレッサー（ここで、コンプレッサーは、スクロール型のコンプレッサー）の少なくとも二つのスクロールを互いから分離し、および／または、質量流を低減するか、冷凍システムの複数のコンプレッサーのうち少なくとも一つのコンプレッサーの動作を削減（短縮）することを含む。
【００１１】
本発明による別の実施形態において、暖めシステムを含む極低温冷凍システムが提供される。前記冷凍システムは、熱交換器アレイと、冷凍システムにおける冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムの極低温冷却動作の間に用いられる冷媒流回路から、熱交換器アレイにおける位置へ迂回させて、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖める分流加減器とを含み、分流加減器は、コンプレッサーから熱交換器アレイにおけるポイントへの分流加減器、冷凍システムのコンデンサーの出口から熱交換器アレイにおけるポイントへの分流加減器、および熱交換器アレイにおける少なくとも一つの熱交換器の高圧側から熱交換器アレイにおける別のポイントへの分流加減器のうち少なくとも一つを含む。
【００１２】
さらに関連する実施形態において、前記熱交換器アレイにおけるポイントは、熱交換器アレイの最も冷たい熱交換器または熱交換器アレイのその次に冷たい熱交換器の低圧入口を含む。前記システムは、コンプレッサーを通る冷媒質量流が過剰になるのを防ぐデバイスを含む。冷媒質量流が過剰になるのを防ぐデバイスは、冷媒を、冷凍システムの膨張タンクと緩衝タンクの少なくとも一方に蓄えることを可能とする緩衝バルブを含む。緩衝バルブは、連続的に、またはパルス状に作動し、最小の吸込圧に達した後に操作される。冷媒質量流が過剰になるのを防ぐデバイスは、クランクケース圧調整バルブのようなコンプレッサーへの入口で冷媒流を調整する調整器、コンプレッサーの変速駆動装置、コンプレッサー（ここで、コンプレッサーは、往復運動型のコンプレッサー）の少なくとも一つのシリンダーへの質量流を遮断するシリンダーアンローダー、コンプレッサー（ここで、コンプレッサーは、スクロール型のコンプレッサー）の少なくとも二つのスクロールを互いから分離するデバイス、および／または、質量流を低減するか、冷凍システムの複数のコンプレッサーの少なくとも一つのコンプレッサーの動作を削減するかするデバイスを含む。分流加減器は、冷凍システムの極低温での動作における最も冷たい熱交換器よりも実質的に暖かい温度の冷媒を迂回させる。分流加減器は、熱交換器アレイのすべてを暖める。分流加減器は、熱交換器の少なくとも一部を、極低温範囲内のある温度から、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、および少なくとも約３５℃からなるグループ内の温度に暖める。
【００１３】
他の関連する実施形態において、分流加減器は、冷凍システムにおける連続して用いられる少なくとも二つの暖め冷媒源から、冷媒流を迂回させ、少なくとも二つの暖め冷媒源は、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方である。分流加減器は、冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムにおける交互に連続して用いられる少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させる。分流加減器は、冷媒流の少なくとも一部を、冷凍システムにおける少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させ、ここで、少なくとも二つの暖め冷媒源は、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方であり、分流加減器は、少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させられる流れを混合して、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖める。分流加減器は、熱交換器アレイの少なくとも一部を暖める間に、暖め冷媒を様々な量で供給する。分流加減器は、熱交換器アレイの二つ以上の位置へ冷媒流を迂回させる。
【００１４】
さらに関連する実施形態において、前記システムはさらに、熱交換器アレイにおける少なくとも一つの内部絞り弁を含む。内部絞り弁の少なくとも一つは、分流加減器が作動する間に内部絞り弁を少なくとも部分的に閉じるデバイスを含む。前記システムは、分流加減器が作動する間に、システムのコンデンサーへの流入、またはそこからの流出を少なくとも部分的に遮断するデバイスを含む。前記システムは、熱交換器アレイを暖める間の少なくとも一部の時間、冷凍システムの膨張タンクへの吸込側の接続を閉じるデバイスを含む。前記システムは、迂回させられた冷媒流が向かう熱交換器アレイにおける位置を制御するバルブを含む。熱交換器アレイの少なくとも一部を分流加減器によって暖めることで、バランス圧チェックが可能となり、そのとき、冷媒流の少なくとも一部を迂回させ始めてから、６時間未満、４時間未満、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、１５分未満、および５分未満の少なくとも一つの時間にシステムの高圧とシステムの低圧とが等しくなる。バランス圧チェックで達するシステムの高圧とシステムの低圧は、５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、および３０ｐｓｉというシステムの自然バランス圧の少なくとも一つ以内に収まる。
【００１５】
さらに関連する実施形態において、前記システムは、冷凍システムの外部に機器を含まずに熱交換器アレイを暖める。前記システムは、混合冷凍システムを含んでおり、冷媒は、最も高温で沸騰する成分から最も低温で沸騰する成分までの標準沸点間の差が少なくとも５０Ｋ、少なくとも１００Ｋ、少なくとも１５０Ｋ、および少なくとも２００Ｋの少なくとも一つである二つ以上の冷媒の混合物を含む。前記システムは、コンプレッサーと、コンデンサーおよび過熱低減熱交換器の少なくとも一方と、熱交換器アレイと、少なくとも一つの絞り弁デバイスと、蒸発器とを含む。前記システムは、少なくとも一つの相分離器を含む。前記冷凍システムによって、蒸発器が暖められる解凍モード動作と、蒸発器が冷却される冷却モード動作と、冷媒が蒸発器に供給されない待機モードとが可能となる。前記システムは、熱交換器アレイにおける少なくとも一つの位置に、少なくとも一つのセンサーを含み、また少なくとも一つのセンサーが設定点の温度に達すると、分流加減器の動作を止める制御回路を含む。少なくとも一つのセンサーは、以下の位置の少なくとも一つに位置しており、それらの位置は、熱交換器アレイの一つの熱交換器への吐出入口と、熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吐出出口と、熱交換器アレイの一つの熱交換器への吸込入口と、熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吸込出口とである。前記システムはさらに、コンプレッサーの出口から供給ラインの入口への熱ガス解凍回路を含んでおり、前記供給ラインから、冷媒が、クライオコイルおよびクライオサーフェイスの少なくとも一方に流れ、そこから戻りラインを通って熱交換器アレイの低圧側に戻る。前記システムはさらに、凍結防止回路および温度制御回路の少なくとも一方を含む。
【００１６】
本発明による別の実施形態において、極低温冷凍システムを操作する（作動させる）方法が提供される。前記方法は、冷媒流を、ろう付け板熱交換器の少なくとも一つの流路を通して下向きに流すことであって、下向きに流れる冷媒流の速度が、極低温冷凍システムが冷却作動する間は少なくとも秒速０．１メートルに保たれていることと、冷媒流を、ろう付け板熱交換器の少なくとも一つのさらなる流路を通して上向きに流すことであって、上向きに流れる冷媒流の速度が、極低温冷凍システムが冷却作動する間は少なくとも秒速１メートルに保たれていることとを含む。
【００１７】
さらに、関連する実施形態において、下向きに流れる冷媒流は、極低温冷凍システムの高圧流を含み、また上向きに流れる冷媒流は、極低温冷凍システムの低圧流を含む。ろう付け板熱交換器のヘッダーは、ヘッダーを流れる冷媒の液体および気体留分を分配する挿入物を含む。前記方法はさらに、吸込ライン蓄熱器を用いて、極低温冷凍システムの最も暖かい熱交換器を出る低圧冷媒流から液体冷媒を分離することを含む。極低温冷凍システムは、冷凍運転用コンプレッサーを含む。コンプレッサーは、往復運動コンプレッサーを含む。コンプレッサーは、半密閉コンプレッサーを含む。上向きに流れる冷媒流の速度は、極低温冷凍システムが冷却作動する間、少なくとも秒速２メートルに保たれる。システムにおける最も冷たい熱交換器は、長さが少なくとも１７インチはあって４８インチ未満であり、またはシステムにおける最も冷たい二つの熱交換器は、それぞれ長さが少なくとも１７インチはあって４８インチ未満であり、またはシステムにおける最も冷たい三つの熱交換器は、それぞれ長さが少なくとも１７インチはあって４８インチ未満である。システムにおける少なくとも一つの熱交換器は、幅が約２．５インチから約３．５インチであって、長さが約１７インチと約２４インチの間である。システムにおける少なくとも一つの熱交換器は、幅が約４．５インチから約５．５インチであって、長さが約１７インチと約２４インチの間である。
【００１８】
本発明による別の実施形態において、混合ガス冷媒を用いる極低温冷凍システムの消費電力を低減する方法が提供される。前記方法は、極低温冷凍システムが、いつ過剰冷却能力を有するのかを判断することと、極低温冷凍システムのコンプレッサーの消費電力を低減して、その間なお、負荷に必要な量の冷却能力を提供することとを含む。消費電力を低減することは、（ｉ）コンプレッサーのシリンダーアンローダーを作動させること、（ｉｉ）コンプレッサーのモーター速度を変えること、（ｉｉｉ）スクロールコンプレッサーのスクロール間隔を変えること、および（ｉｖ）極低温システムが二つ以上のコンプレッサーを並列に含む場合、その二つ以上のコンプレッサーの第一のコンプレッサーを作動状態に保ちつつ、前記二つ以上のコンプレッサーの第二のコンプレッサーを停止するか、または前記第二のコンプレッサーを低減した変位（排気量）で作動させることからなるグループから選択されるステップの少なくとも一つを含む。
【００１９】
さらに関連する実施形態において、極低温冷凍システムが、いつ過剰冷却能力を有するのかを判断することは、負荷からの戻り温度が、所定の最低温度よりも所定の温度差を超えて冷たいか否かを判断することを含む。さらには、極低温冷凍システムが、いつ過剰冷却能力を有するのかを判断することは、冷却バルブが開いている時間の割合、または温度制御バルブが開いている時間の割合を監視して、前記時間の割合を所定の割合と比較することを含む。その代わりに比例バルブが用いられるならば、比例バルブが開けられる量を用いて過剰能力の量と相関させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
前記のことは、以下の、本発明の代表的な実施形態についてのより詳細な記述から、添付する図面に例示されている通り明らかであり、それらの図面においては、異なる図面でも同様の符号は同じ部分を示している。図面の縮尺は必ずしも一定ではなく、本発明の実施形態を分かりやすく例示することが重要視されている。
【図１】本発明の実施形態による、熱交換器暖め機能を組み込んだ冷凍システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態によりスタックを暖める間の冷凍システムにおける温度のグラフである。
【図３】本発明の実施形態による、対数目盛の時間尺度での図２のグラフの拡張版である。
【図４】本発明の実施形態によりスタックを暖める間およびその後の圧力プロフィールのグラフである。
【図５】三つの異なる技術、すなわち、自然なスタックの暖めと、本発明の実施形態による分流加減器スタック暖め器を用いるスタックの暖めと、本発明の実施形態による解凍ループの拡張動作を用いるスタックの暖めとを用いて暖められた冷凍システムの圧力プロフィールを比較するグラフである。
【図６】凝縮を防止するために、本発明による実施形態で用いられる冷バルブ箱の内部図である。
【図７】本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからのホームページの一画面である。
【図８】本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからのステイタスページの一画面である。
【図９】本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからの通信ページの一画面である。
【図１０】本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからの動作モードページの一画面である。
【図１１】本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからの制御ページの一画面である。
【図１２】本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからのサービスページの一画面である。
【図１３】本発明の実施形態にしたがって用いられる制御システムの簡単な概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態を以下に記述する。
１．極低温冷凍システムを暖めるシステムおよび方法
本発明の実施形態により、極低温範囲内で、混合ガス冷凍システムにおいて用いられる極低温熱交換器アレイを急速に暖める改良されたシステムが提供される。ここで用いられている通り、「極低温」（“very low temperature”）は、９０Ｋから２０３Ｋまでの温度範囲を意味する。
【００２２】
本発明の実施形態により、極低温冷凍システムの熱交換器アレイを急速に暖める手段が提供される。一実施形態において、極低温システムは、室温で、または中間の温度で、または高温で、高圧熱ガス源、もしくはその他の高圧ガス源を提供して、冷凍システムの熱交換器アレイを暖めるために、現存する冷凍コンプレッサーを用いる。これは、例えば、熱交換器アレイ内で暖かいガスがどこに供給されるかを制御するバルブを用いて制御される。また、その他の暖め方法も提供される。本発明の実施形態による熱交換器暖め技法は、ウォームアップ時間を、通常の一、二日から、６時間未満、４時間未満、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、１５分未満、および５分未満といったずっと短い時間に低減できる。本発明による実施形態は、コンプレッサーの負荷を管理して、それに過剰な電流が割当られないようにし、またそれが、高圧障害状態、低圧障害状態、またはその他の、システムにおける通常の障害を引き起こさないようにする。
【００２３】
本発明による実施形態はまた、外部機器を必要とせず、かつ密封された冷凍システムへのアクセスも必要としない、熱交換器を暖める手段を提供する。例えば、本発明による実施形態は、冷凍システムの内部バルブのみを用いて、熱交換器アレイを急速に暖めることができる。加えて、システムには、計器を使用することも含まれていて、熱交換器がいつ暖められるかを判断したり、暖めプロセスを停止したりするように制御を行う。
【００２４】
本発明による実施形態は、現存する冷凍コンプレッサーを用いて、通常の条件でシステムが作動しているときに、最も冷たい熱交換器よりも実質的に暖かい温度の冷媒を、最も冷たい熱交換器やその次に冷たい熱交換器に提供して、すべての熱交換器を暖める手段を提供する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態による熱交換器暖め機能を組み込んだ冷凍システムの概略図である。本発明による実施形態は、混合冷凍システムにおいて極低温を得るのに用いられる熱交換器のアレイを暖める。とりわけ、本発明による実施形態は、図１の自動カスケード冷凍システム１００において用いられる。そのようなシステムは、最も高温で沸騰する成分から最も低温で沸騰する成分までの標準沸点間の差が、少なくとも５０Ｋ、１００Ｋ、１５０Ｋ、または２００Ｋである二つ以上の冷媒の混合物を用いる。そのようなシステムは、冷凍コンプレッサー１０１、コンデンサー１０２または熱を断つ過熱低減熱交換器（desuperheater heat exchanger for rejecting heat）、二つ以上の直列の熱交換器１０３（ここではまた、「熱交換器アレイ」または「冷凍プロセス」としても言及される）、一つ以上の絞り弁デバイス１０４、および熱を取り除くための蒸発器１０５を含む。加えて、そのようなシステムは、熱交換器間で吐出側に位置し、内部リサイクルループにおいて用いられる液相冷媒を取り除く相分離器１０６、１０７を含む。そのようなシステムは、蒸発器１０５が冷却される冷却モード、コンプレッサー１０１からの熱ガスが蒸発器１０５に供給される解凍モード、および冷たい冷媒も熱い冷媒も蒸発器１０５に供給されない待機モードを含む異なる動作モードで作動する能力を有する。システム内の様々な流れループを通る流れは、流れを制限する直列の毛管１０８、１０９、１１０、および１１１を介して、および／またはソレノイドバルブ１１２、１１３、１１４のオン／オフを介して、および／またはコンデンサー１０２への流入かそこからの流出を部分的にもしくは完全に遮断することを介して、制御される。図１に示される実施形態において、毛管１０８、１０９、１１０、および１１１は、どのソレノイドバルブとも結合していないが、毛管１０４は、ソレノイドバルブ１１２に接続されている。毛管とソレノイドバルブの他の構成が用いられてもよい。毛管および／またはソレノイドバルブは、熱膨張バルブまたは圧力作動もしくはステッパーモーター作動のバルブのような比例バルブで置き換えることができる。そのようなシステムはまた、いったんシステムが停止されて室温まで暖められるとき、液化した冷媒の十分な（high）気化と膨張（expansion）を管理するのに用いられる膨張タンク１１５を収容してもよい。さらに、膨張タンク１１５を含むそのようなシステムはまた、高圧ガスが膨張タンクへ向かうことを可能とするソレノイドバルブを有してもよい。そのようなバルブは、典型的には、緩衝バルブ１１６として言及され、循環する冷媒ガスの量を低減できるようにし、それは、続いて、コンプレッサーの吐出圧および吸込圧を低減する。本発明による実施形態は、フリン等による米国特許第６，５７４，９７８Ｂ２に開示されるいずれの方法を用いてもよく、その開示の全体は、ここで援用することによって本明細書に組み込まれる。この特許において記述されるシステムでは、クールダウンおよびウォームアップ制御プロセスといった追加の動作モードや、コンプレッサーを出る熱ガスの一部が、コンプレッサーから蒸発器コイルまで連続して循環してコンプレッサーに戻ってくる一方、コンプレッサーを出る冷媒の別の部分が、コンデンサーと熱交換器アレイを連続して流れてコンプレッサーに戻ってくる、熱ガス流モードまたは焼出（bakeout）モードでの拡張動作が可能である。
【００２６】
本発明による実施形態において、コンプレッサー１０１からの熱ガスは、最も冷たい熱交換器１１８の低圧入口１１７かその次に冷たい熱交換器１１９の低圧入口かに送られる。例えば、この、冷媒流の迂回は、分流加減器（diverter）ループ１２７を通るスタック（stack）暖めソレノイドバルブ１２６を用いて達成される。また、スタック暖め手動閉鎖バルブ１２８もあるが、通常の操作では必要とされない。代わりの構成では、コンデンサー出口１２０からの室温の冷媒が、暖め冷媒源として用いられる。代わりの構成では、冷凍プロセス内からの中間温度高圧冷媒が、暖め冷媒源として用いられる。構成によっては、一つの暖め冷媒源で暖めプロセスを開始して、それから、異なる暖め冷媒源を選択するのが有益であることもある。場合によっては、暖めガス源が、二つ、三つ、またはそれ以上の連続して用いられる異なる源であって、それぞれの温度および／または組成が異なっているのが有益であることもある。暖め冷媒源が、二つ以上の異なる暖め冷媒源で交互に連続して用いられるものでも有用である。さらに他の構成において、異なる暖め冷媒源を混合することも有用であって、それは、温度および／または組成が異なる暖め冷媒を混合することを含む。そのような場合、暖めプロセスの間、暖め冷媒の量を変えるのが有益である。一つ以上の冷媒源を用いることに加え、暖め冷媒を、熱交換器アレイにおける一つ以上の位置に供給することも有益である。さらに、特定の組成であって、温度が低いか中間の冷媒を迂回させて、温度がより暖かい流れと熱を交換し、その結果得られる、迂回させられて暖まった流れを用いて暖め冷媒源を提供するのも有益である。
【００２７】
本発明の実施形態による、冷凍システムにおいて、緩衝バルブ１１６は、装置の吐出側と一つ以上の膨張タンク１１５との間の接続であって、ソレノイドバルブによって制御される。高圧状態であるとき、制御システムは、この緩衝アンローダーソレノイドバルブを開けて、冷媒の一部を膨張タンク１１５に蓄積できるようにし、それによって吐出圧を低減する。これによって、過剰吐出圧障害状態を防止できる。
【００２８】
加えて、本発明の実施形態によって、暖めシーケンスの間、緩衝バルブ１１６が、コンプレッサーの吐出圧を低減するように連続して作動され、吐出圧障害が回避される。これは、システムの、意図的に作動される整備モードの一部として実施される。緩衝バルブ１１６を連続して駆動することで、通常の冷凍プロセスの冷凍効果が低減され、その結果、システムを暖める時間が短くなる。緩衝バルブ１１６を続けて駆動することの別の利点は、相分離器１０６、１０７における液体冷媒の蓄積が低減されることである。これによって、コンプレッサーオイルや沸騰している暖かい冷媒が、過剰な量でシステムの冷端（cold end）に移動し、それに続いて信頼性の問題を引き起こすという、相分離器１０６、１０７の氾濫（flooding）が防止される。代わりに、緩衝バルブ１１６をパルス状に作動させて、これらと同じ利点を得ることもできる。そのような利点は、高圧障害の回避、最大許容値に満たないままであるコンプレッサー電流、相分離器の氾濫の回避、および熱交換器アレイ１０３が急速に暖められることに基づいて査定される。緩衝バルブの連続する駆動が本明細書のどこに記述されていても、緩衝バルブ１１６をパルス状に用いることは、そのような連続する駆動の代わりとなる。代わりに、ソレノイドバルブもまた、膨張タンク１１１への吸込側接続で吸込接続を閉鎖するのに用いられる。これによって、緩衝アンローダーバルブ１１６を連続して開けたままにしておく必要がなくなる。場合によっては、吸込戻り接続１１１が閉じていても、スタックの暖めが進行するに連れて吐出側圧力が上昇し、緩衝アンローダーバルブ１１６を定期的に開けることが必要であると予測される。
【００２９】
別の実施形態において、この暖めモードの間、緩衝バルブの駆動は、高圧障害の危険がないなら、コンプレッサーの吸込圧が上昇して、指定された最小吸込圧閾値を超えるまで遅延される。オペレーターがこの暖めプロセスを走らせる主な理由の一つは、漏れの可能性をチェックするためである。大きな漏れが生じているなら、緩衝バルブの駆動を遅延することによって、障害につながり得る低吸込圧状態を防止できる。代わりの構成において、緩衝バルブは、吐出圧、吸込圧、または吐出圧と吸込圧双方の組み合わせに基づいて循環される。
【００３０】
本発明による別の実施形態において、極低温システムの通常の熱ガス解凍システム１２１を、本発明による実施形態のさらなる機能とともに用いて、熱交換器アレイを暖めることができる。通常の熱ガス解凍システムは、手動閉鎖バルブ１２２と解凍ソレノイドバルブ１２３を含んでおり、コンプレッサー１０１からの熱ガスを顧客供給ライン（customer feed line）の入口１２４に向かわせるが、それは、供給ライン、顧客クライオコイルまたはクライオサーフェイス（customer cryocoil or cryosurface）１０５、戻りライン１２５、そして、熱交換器アレイ１０３の低圧側を連続して流れる。通常、熱ガス解凍システムは、装置の戻り温度が−２０℃と＋４０℃の間の温度に達すると停止する。しかしながら、この結果スタックが十分に暖まることはなく、それは、熱交換器アレイ１０３の多くの部分が、この条件では−８０℃未満の温度のままであるからである。加えて、この設定点を超えてこのプロセスを続けることが可能であるなら、通常の経験では、高い吐出圧障害が起こる。さらには、そのような場合、コンプレッサーオイルが相分離器を超えて過度に移動することにより、信頼性の問題に直面する。
【００３１】
本発明による実施形態において、熱ガス解凍回路１２１は、戻りライン１２５の通常の温度制限を超えての連続動作が可能である。高吐出圧の問題を回避するために、緩衝バルブ１１６を、通常の戻りライン設定点の温度に達した後、熱ガス解凍バルブ１２３とともに駆動し続け、好ましくは、解凍プロセスの通常の部分の間、熱ガス解凍バルブ１２３とともに駆動し続ける。緩衝バルブ１１６の連続する駆動によって、コンプレッサーの吐出圧が低減されるという利点が得られる。これは、続いて、相分離器１０６、１０７の液体冷媒のレベルを低下させることになって、コンプレッサーオイルをシステムの最も冷たい部分に移動させて冷却性能を失わせかねない、相分離器の氾濫が回避される。
【００３２】
本発明の一実施形態により、熱ガス解凍回路１２１は、戻りライン１２５で通常の温度制限に達するまで単独で用い、そしてその点を過ぎると、緩衝バルブ１１６を開けて用いる。代わりに、熱ガス解凍回路１２１は、その熱ガス解凍回路１２１の動作の始めから緩衝バルブ１１６を開けて用いてもよい。本発明による別の実施形態において、熱ガス解凍回路１２１は、戻りライン１２５で通常の温度制限に達するまで普通に用い、そしてその点を過ぎると、スタック暖めソレノイドバルブ１２６と分流加減器ループ１２７を用いて暖める。
【００３３】
本発明の実施形態により、コンプレッサーから供給されてシステムのより冷たい点に向かっている冷媒が凍結する可能性への取り組みがなされる。コンプレッサーから供給されるような冷媒は、凍結の危険が高く、それは、システムにおける相分離器をまだ通過しておらず、それゆえ、もっと後の冷凍プロセスにおけるものとは異なる組成を有していて、それで凝固点がより暖かく、システムのより冷たい点に向かうとき、凍結しやすくなっているからである。そのような凍結を防止するために、本発明による実施形態は、システムにおける温度が最も低い冷媒を暖める、制御されたバイパス流を用いる凍結防止回路または温度制御回路を用いて、コンプレッサーから吐出される冷媒が、システムにおける最も冷たい点に向かうときでも、凍結しないだけ十分にスタックを暖める。例えば、フリン等の米国特許第７，４７８，５４０Ｂ２に開示されている凍結防止回路や温度制御回路のいずれを用いてもよく、その開示の全体は、ここで援用することにより、本明細書に組み入れられる。スタックは、凍結防止バルブか温度制御バルブかを用いて、コンプレッサー吐出ガスが再度システムにおける最も冷たい点に向かうのに先立って暖められる。凍結防止バルブは、スタックが暖まるように連続して開放できる。代わりに、温度制御バルブを用いて、例えば、システムにおける最も冷たい相分離器の気体（気相）出口から、クライオコイル入口、クライオコイル出口またはそれら双方といった、システムの冷端に近い点に冷媒を供給する異なるバルブへ供給できる。これによって、コンプレッサー吐出ガスが、再度システムにおける最も冷たい点に向かうときでも凍結しないまでに十分スタックを暖めることができる。
【００３４】
本発明の実施形態により、冷凍システムは、蒸発器１０５を介する戻り経路に加え、システムの高圧側から低圧側への直列の内部戻り経路１０８、１０９、１１０を含む。熱交換器暖めプロセスの間、典型的には、蒸発器１０５への流れは止められる。しかしながら、他のシナリオでは、蒸発器への流れは続けることもできる。典型的には、内部戻り経路１０８、１０９、１１０は絞り弁デバイスである。代表的な絞り弁デバイスは、毛管および熱膨張バルブである。他のシナリオでは、ターボエキスパンダー（turbo expander）、またはその他の冷媒の圧力を低減する手段が用いられる。典型的な暖めプロセスにおいては、内部絞り弁デバイス１０８、１０９、１１０は流れを有することができる。他のシナリオにおいて、それらの流速は停止されるか制御されるかする。一つの例において、上流バルブを含まない内部絞り弁デバイス１０８、１０９、１１０には毛管が用いられる。その結果これらの絞り弁デバイスは、暖めプロセスの間流れ続ける。
【００３５】
本発明の実施形態により、暖めプロセスの間管理しなければならない二つの大きな制約がある。冷凍コンプレッサー１０１は、それに割当られる電流で制限される。この電流は、コンプレッサー１０１の公称定格負荷、コンプレッサーの吸込圧、コンプレッサーの吐出圧、使用される冷媒、および冷媒の入口温度の関数である。しかしながら、これらすべてのうち、電流の割当に影響を与える中心的な要因は、コンプレッサーの吸込圧である。吐出圧もまた影響を及ぼすが、典型的には、吸込圧ほどではない。その他の要因も大きいが、典型的には、大きな違いを生み出すものではない。システムがウォームアップされるにつれ、コンプレッサーの吸込圧は上昇する傾向にある。加えて、冷媒が暖まるにつれ、ガスが膨張し液相冷媒が気化（蒸発）する。これらの効果が、結果として、大量の冷媒ガスを生じ、それを管理しなければならない。とりわけ、システムにおける高い吸込圧と高いガス圧（high amount of gas pressure）の組み合わせは、高い吐出圧を生じやすい。高圧状態は、システムを遮断する高圧障害（high pressure fault）を生み出しかねない。
【００３６】
本発明の実施形態により、過剰ガス負荷を管理する一つの方法は、膨張タンク１１５、および／またはシステムにあるならば、緩衝タンクを利用することである（図示されていないが、緩衝タンクは、システムの高圧側に接続される容量である）。システムの高圧側から膨張タンク１１５に接続する緩衝バルブ１１６をシステムが有するならば、それは全プロセスの間、電圧を加えて作動できる。これによって、循環するガスの量が制限され、コンプレッサーのアンペア数割当や、吐出圧も制限される。
【００３７】
加えて、本発明の実施形態により、ガス暖めソレノイドバルブ１２６と接続管類の寸法が決められて、適切な流速が得られるようにする。ソレノイドのない内部絞り弁１０８、１０９、１１０や、手動閉鎖バルブの場合は、暖めプロセスの間、内部冷媒流が連続して生じて熱交換器を冷却する。その結果生じる、これらの絞り弁デバイス１０８、１０９、１１０を通る流れによってまた、最小のコンプレッサー吸込圧が提供される。ガス暖めソレノイドバルブ１２６を開けると、追加の流路が提供され、それに対応してコンプレッサー流が増大する。この暖め流によってもまた熱交換器１０３が暖められる。そうして、二つの競合する要因が生じ、すなわち、それらは、熱交換器１０３を冷却し得る内部絞り弁流と、熱交換器１０３を暖め得る暖かいガス流である。熱交換器を効果的に暖めるためには、暖かいガス流は、内部絞り弁１０８、１０９、１１０の冷却効果に十分打ち勝たなければならない。しかしながら、暖かいガス流が過剰であってはならず、さもなければ、過剰なコンプレッサー電流を生じてしまう。また、過剰流によって、信頼性を失わせ得る状態でコンプレッサーが作動することになり得る。加えて、冷媒／オイル分離器は、過剰流速で効率が落ちて作動する。
【００３８】
本発明の実施形態により、前述の制約があって、内部絞り弁１０８、１０９、１１０の冷却効果に打ち勝つのに十分な暖かいガス流を得ることが可能でないならば、内部絞り弁１０８、１０９、１１０をいくつか修正して、暖めプロセスの間、それらの流速が低減されるか削減されるか調整されるかするものとする。代わりの構成において、内部絞り弁１０８、１０９、１１０のすべてがスタックを暖める間は閉ざされる。さらに代わりの構成において、内部絞り弁１０８、１０９、１１０のいずれもがスタックを暖める間は閉ざされない。なおも代わりの構成において、内部絞り弁１０８、１０９、１１０の少なくとも一つがスタックを暖める間は閉ざされる。さらに代わりの構成において、内部絞り弁１０８、１０９、１１０の少なくとも一つがスタック暖めプロセスの一部で完全に、または部分的に閉ざされる。別の構成において、内部絞り弁１０８、１０９、１１０の少なくとも一つを完全にもしくは部分的に閉じることの代わりに、またはそれに加えて、コンデンサー１０２への流入かそこからの流出が完全にまたは部分的に遮断される。
【００３９】
本発明による実施形態は、熱交換器アレイ１０３を暖める外部コンプレッサーに対する必要性をなくしている。これによって、冷凍システムは、スタック暖めソレノイドバルブ１２６や分流加減器ループ１２７のような比較的廉価の部品を用いて暖めるという機能を含むことが可能となっている。使用される配管の構成によって、システムにおけるすべての熱交換器１０３を通って吸込側と吐出側双方の配管を暖めるように流れを向けることが可能である。サブクーラー熱交換器（subcooler heat exchanger）１１８に流れを提供してもよい。また熱交換器間の吐出側接続であって、相分離器１０６、１０７を含むところに、流れを向けるか、および／または、そこを暖める。
【００４０】
図２は、本発明の実施形態によりスタックを暖める間の、冷凍システムにおける温度のグラフである。この例において、前述の拡張解凍（extended defrost）１２１技法が用いられた。ここには、コイルの入力温度２５０、コイルの出力温度２５１、第二熱交換器吐出側入力の温度２５２、第三熱交換器吐出側入力の温度２５３、第四熱交換器吐出側入力の温度２５４、第五熱交換器吐出側入力の温度２５５、および第五熱交換器吐出側出力の温度２５６が示されている。ここで分かる通り、ポイント２５７で示されるように、スタックの暖めは、急速に１３．８分という時間内に完了され、このポイントで、熱交換器入力２５２〜２５５の少なくとも一つが２０℃を超える温度またはその他の設定点の温度に達している。ここで、例えば、１３．８分の印までに、熱交換器の測定値２５４および２５５は、双方とも５０℃を超える温度に達しており、熱交換器の測定値２５２および２５３は、双方とも−５０℃を超える温度に達している。本発明の実施形態による暖め（加温、warming）を用いて、熱交換器アレイの少なくとも一部が、極低温範囲内のある温度から少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、および少なくとも約３５℃といったより暖かい温度まで暖められる。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態による、対数目盛の時間尺度での図２のグラフの拡張版である。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態により、スタックを暖める間、およびその後の圧力プロフィールのグラフである。冷凍システムの高圧４６０と低圧４６１が合わさって、１３．８分（ポイント４６７）でほぼ等しくなり、コンプレッサーは、スタックが適切に暖まっていることによって閉鎖される。バランス圧力ポイントは、システムの高圧４６０と低圧４６１とが等しくなる、またはほぼ等しくなるポイントであって、ここで、ポイント４６７の圧力は、６０時間後で測定されるものと３ｐｓｉしか離れていない。この場合、本発明による実施形態によって、１３．８分という短い時間の後、バランス圧のチェックが可能となる。
【００４３】
加えて、本発明による実施形態では、スタックの暖めを用いて達成されるバランス圧がシステムの自然ウォームアップバランス圧に近くなることが可能であり、それは、システムが停止されたとき、その状態に基づいて異なり得る。例えば、スタックの暖めを用いて達成されるバランス圧は、典型的な自然バランス圧である約５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、または３０ｐｓｉ以内である。ここで用いられているように、「自然のバランス圧」は、システムの高圧と低圧が等しいか、ほぼ等しいときに得られる圧力を意味し、それは、本発明の実施形態によってスタックを暖めることなくウォームアップされるとき、システムにより得られるもので、例えば、平均熱交換器アレイ温度が、少なくとも−５℃、０℃、５℃、１０℃、１５℃、２０℃、２５℃、３０℃、３５℃、４０℃からなるグループ内のある温度ほども暖かくなるようにスタックが暖められるときであるとか、または、例えば、スタックの温度範囲が、少なくとも−５℃から４０℃までとなるか、−５℃から４０℃の範囲内のより小さな範囲となるように、熱交換器アレイが暖められるときである。
【００４４】
本発明による実施形態はまた、システムのすべての部分が迅速に暖められることを確認するために、熱交換器アレイをバランス圧チェックに必要な温度よりも暖かい温度にまで暖めるのに用いられる。これは、例えば、再充填に備えて、充填された冷媒（refrigerant charge）をシステムから完全に取り除きたいならば有用である。
【００４５】
図５は、１）自然なスタックの暖め、２）本発明の実施形態による分流加減スタック暖め器（diverter stack warmer）１２６／１２７を用いてのスタックの暖め、および３）本発明の実施形態による解凍ループ１２１の拡張動作を用いるスタックの暖めの３つの異なる技法を用いて暖められる冷凍システムの圧力プロフィールを比較するグラフである。自然吐出圧５７０、自然吸込圧５７１、拡張解凍を用いての吐出圧５７２、分流加減スタック暖め器を用いての吐出圧５７４、および分流加減器スタック暖め器を用いての吸込圧５７５が示されている。コンプレッサーをオフにしてのシステム圧は、完全に室温まで暖められたときの最終的なシステム圧にほぼ等しく、本発明の実施形態による技法の双方を用いて１時間未満で達成できるが、自然なスタックの暖めを用いても１０時間以内には達成できないということが理解される。本発明による実施形態により、ここで記述されるようにスタックをより迅速に暖めること、およびここで記述されるようにバランス圧チェックまでの時間を短くできることの双方の理由で、極低温冷凍システムのための整備の時間を短縮することが可能となる。
【００４６】
本発明の実施形態により、図示されないが、一つ以上のセンサーを用いて、制御システムに提供される温度設定点に基づいて、いつシステムを暖めるのを止めるかを判断する。例えば、それらのセンサーは、熱交換器アレイ１０３における一つ以上の位置にろう付けされる熱電対である。例えば、一つ以上の熱交換器への吐出入口、またはそこからの吐出出口、または一つ以上の熱交換器への吸込入口、またはそこからの吸込出口を、温度センサーの位置として用いる。一例において、（コンプレサーから離れている）第二の熱交換器からの吐出出口を用いる。別の例においては、シリコンダイオードやその他の同様のデバイスのような他の温度センサーを用いる。
【００４７】
本発明の実施形態により、暖かいガスを迂回させることが可能な様々な異なる技法について、ここで記述されているものやその他のものを含んで、用いられることが理解される。また、コンプレッサーを通る冷媒質量流を低減するために、可能な様々な異なる技法を用いる。緩衝アンローダーバルブの使用についてここで説明されているが、また、暖かいガスを迂回させる手段を用いながら、質量流を低減する他の技法を用いることも可能である。例えば、調整バルブ（regulator valve）をコンプレッサーの入口に用いることができ、変速駆動をコンプレッサーに適用することができ、シリンダーアンローダーを用いて、コンプレッサーの有効な変位量を低減するために、シリンダーへの質量流を遮断することができ、スクロールコンプレッサーを用いる場合には、回っているスクロールと静止したスクロールを互いから分離するためにデバイスを用いて、それによって、コンプレッサーの効率を低減してもよく、かつ、複数のコンプレッサーを用いる場合には、一つのコンプレッサーの質量流を低減するか、一つ以上のコンプレッサーを完全に停止してもよい。コンプレッサーの吸込圧を調整する一つの例においては、コンプレッサーを流れる冷媒質量流を低減するために、クランクケース圧調整バルブのような、電気的に駆動されるか、流体圧で制御されるバルブが用いられる。クランクケース圧調整バルブは、コンプレッサーでの下流圧を制御する調整器（governor）として作動でき、かつ、内部圧調整能力を有するか、圧力センサー、論理および圧力制御バルブを含む圧力調整システムの一部であり得る。
【００４８】
本発明の実施形態により、コンプレッサーの質量流が過剰となるのを防ぐ方法は、通常の冷却動作と比べて流れを低減する必要がない。場合によっては、通常の冷却動作におけるよりも質量流が高くなることもある。本発明の実施形態により、コンプレッサーの質量流が過剰となるのを防ぐことで、過剰なコンプレッサー電流、過剰な吐出圧、または過剰流速によって引き起こされ得るその他の誤動作により障害を生じることなく、熱交換器アレイが暖められる。より一般的には、本発明の実施形態によるシステムは、動作が不適切にならないように、コンプレッサーを通る流れが過剰になることを防ぐ仕方で、熱交換器アレイを暖めることが可能な手段を有する。例えば、低吸込圧、過剰コンプレッサーアンペア数、過剰吐出圧、過剰コンプレッサー質量流（過剰アンペア数を生じ得るか、オイル分離器の効率が損なわれるようなもの）、および過剰吐出温度といった典型的なコンプレッサーの障害と関連する問題は避けられる。
【００４９】
本発明の実施形態により、拡張解凍１２１および分流加減器１２６／１２７でのスタックの暖めといった技法が、別々にまたはともに用いられる。分流加減器を含むスタック暖め器（stack warmer with a diverter）は、蒸発器１０５への流れが遮断されるときに用いることが可能であるという利点がある。ここで用いられているように、特に、他に断りがなければ、「迂回させる」（“diverting”）および「分流加減器」（“diverter”）という言葉は、分流加減器１２６／１２７の使用を含むのと同様に、熱交換器アレイの暖めを可能とする解凍ライン１２１の使用も含む。
【００５０】
２．コンパクトで効率的な冷凍システム
本発明の別の実施形態により、物理的にコンパクトで効率的に作動する冷凍システムが提供される。前記システムは、最も暖かい伝熱式熱交換器を出る低圧流から液体冷媒を分離し、この分離した液体を再び低圧流の気体部分と混ぜて、液体冷媒がコンプレッサーに一度に過剰に戻らないようにする吸込ライン蓄熱器を含む。前記システムはまた、高圧冷媒とも低圧冷媒とも異なる少なくとも一つの追加の流れがある伝熱式熱交換器を含む。前記システムはまた、高圧冷媒か低圧冷媒かのみを流し、高圧冷媒とも低圧冷媒とも異なる少なくとも一つの他の流れで熱が伝わる熱交換器を含む。
【００５１】
本発明の実施形態により、効率的に作動する、物理的にコンパクトなシステムを提供するのに役立つ熱交換器が用いられる。伝統的には、長い銅管を組み合わせて逆流形熱交換器を形成していた。典型的には、長さが、５フィートから５０フィートまで異なっていたが、その長さは、大きな管に挿入された一本以上の内部管によって決まっていた。通常、内部および外部管は、滑らかで表面強化（surface enhancement）もなかった。しかしながら、代わりの設計では、熱伝達を高めるために、管の内側または外側に特徴のある面（surface features）を用いていて、または、内部管に溝のついた管を用いている。一つの冷媒流は、少なくとも一つの内部管を流れ、別の冷媒流は、内部管と外部管の間の環状スペースを流れるものであった。より大きなシステムでは、すなわち、コンプレッサーが４ｃｆｍ（立方フィート／分）以上の変位量を有するものでは、典型的な極低温冷凍システムは、これらの熱交換器を５つまで、またはそれ以上有し得ていた。コンデンサーの出口から最も冷たい熱交換器の出口までで冷媒の密度が変化するために、管の直径の物理的な寸法が異なっており、圧力低下が過剰でなければ、熱伝達を効果的にするのに確実に良好な速度となるよう、低い温度には直径が小さいものがより適していた。
【００５２】
加えて、従来のシステムにおいては、相分離器があることによって、冷たい熱交換器への質量流が低減し、また結果として、冷たい熱交換器の管の直径を低減する必要が生じる。管熱交換器（tube heat exchanger）において、これらの管を使用すると、大きく不利になる点が二つ存在する。一つは、物理的なサイズである。管型の熱交換器（tube type heat exchanger）は、典型的には、それらの全体的なサイズを小さく保つため、コイル状に巻かれる。しかしながら、コイル状に巻いても、結果として得られる熱交換器のサイズは割合に大きい。管熱交換器における管のもう一つ不利な点は、圧力低下が比較的大きいことである。あるレベルの圧力低下は有用であって、必要ですらあるが、それが表すのは、システムの非効率性である。それは、高圧側では、エキスパンダーが達成することのできる冷凍のポテンシャルを低減させるが、それは、コンプレッサーが提供する圧力のポテンシャルが部分的に失われるからである。それは、低圧側では、膨張プロセスによって生み出される冷却効果を低減させ、その結果、低圧側で温度が暖かくなる。したがって、高効率設計によって、圧力低下を最小にすることが求められる。管熱交換器における管は、高圧側でコンプレッサーのポテンシャル差（differential potential）の三分の一までが失われ、低圧側で１２％までが失われることが認められている。
【００５３】
本発明の実施形態により、極低温冷凍システムは、ろう付け板熱交換器（brazed plate heat exchanger）を用いて、管熱交換器における従来の管を置き換えている。ろう付け板熱交換器の利点は、管構成において管で実施されるものよりも流路が平行に提供されることである。これによって、各熱交換器を通る流路が低減され、圧力低下が低減される。このため、システム全体の効率が向上するが、それは、熱交換器圧力低下に対するコンプレッサーの差圧損（compressor differential pressure lost）の割合が低減しているからである。
【００５４】
本発明の実施形態により、ろう付け板熱交換器が、ある最小速度で用いられるが、それによって確実に熱伝達が良好になる。加えて、速度が高く保たれ過ぎて高い圧力低下が生じるならば、高効率が実現されない。本発明の実施形態により、０．１ｍ／ｓという下向き流の最小速度が用いられ、かつ鉛直上向き流について、１〜２ｍ／ｓという最小速度が用いられる（ここで、「下向き」および「上向き」は、重力場に関する）。他の最小速度も用いられ、例えば、０．５ｍ／ｓまたは０．２ｍ／ｓという下向き流の最小速度が用いられ、０．５ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、または４ｍ／ｓという鉛直上向き流の最小速度が用いられる。典型的には、高圧流は下向きの流れであり、低圧流は鉛直上向きの流れであるが、しかし、最小速度が維持されるならば、異なる流れ方向が用いられてもよい。最小速度が満たされないならば、液体冷媒が熱交換器に過度に蓄積して、熱伝達の損失が引き起こされる危険がある。理論で拘束されることを望む訳ではなく、またここにはいくつかのメカニズムが存在するが、これについての一つの考え方は、蓄積した混合物が固定した熱量として働き始め、この結果、熱交換器の温度ポテンシャル間に「熱的不足」（“thermal short”）が生じ得る、というものである。この結果、逆流形熱交換器について期待されるものと比べて、熱交換器の有効性が大きく低減する。
【００５５】
本発明の実施形態により、気体とともにかなりの流体が入ってくる熱交換器については、熱交換器のヘッダー部分において、それら二つの相が十分に混合されたままに保たれ、それら二つの相が様々な平行流路間で適切に分配されることが確実となるよう注意を払わなくてはならない。これは、冷媒流の液体および気体留分（liquid and gas fractions）が分布するように、熱交換器のヘッダーの少なくとも一つの流路に配置される挿入物を用いて実施される。例えば、冷媒流は、ボイアルスキ等の米国特許第７，４９０，４８３Ｂ２に開示されるシステムおよび／または方法のいずれによっても分布され、その開示の全体は、ここに援用することによって本明細書に組み入れられる。
【００５６】
本発明の実施形態により、最小の速度を維持する結果、所定の幅の熱交換器について、その熱交換器の板の数を最小にする必要が生じる。これが及ぼし得る影響は、追加の熱交換器が必要になるか、流路がより長い熱交換器を選択する必要であって、それは、速度を最小にする必要があるので、熱伝達の面積が制限されるからである。熱交換器に入るときに二つの相の流れを管理する必要があって、追加のハードウェアが必要となり、そのため、追加の熱交換器の使用により費用がかかる。その結果、流路が長い熱交換器を選択することの方が好まれる。一例として、幅を同じか同様に保ったまま長さの異なる典型的な熱交換器の中に利用可能なものがある。ここで用いられている通り、ろう付け板熱交換器の「長さ」は、参照されている単一路熱交換器について入口端から出口端までの距離である。これは、通常の外部の寸法について言及している。二相の流れがある通常の使用においては、長さは、鉛直方向に延びるもので、高圧流体が鉛直下方向に流れ、かつ低圧流体が鉛直上方向に流れる。単一路装置において、入口ポートから出口ポートまで測定される実際の流体路での距離は、必然的に外部の長さの寸法よりも短くなる。ここで言及される他の寸法は、幅と奥行きである。「幅」は、熱交換器を横切る距離として定義され、通常は、熱交換器を形成する、打ち抜かれた板の幅である。「奥行き」は、何枚の板が互いに積み重ねられるかと、それらそれぞれの奥行きが両端の板の奥行きと合わされたものとの関数である。典型的に利用可能な熱交換器の長さの例は、１０〜１２インチ、１７〜２２インチ、および３０〜４８インチである。最小速度を維持して適切な熱伝達を得るという課題は、より冷たい熱交換器にとって、より重要である。本発明の実施形態により、システムにおいて最も冷たい熱交換器は、長さが少なくとも１７インチであって４８インチを超えない。代わりの実施形態においては、二つの最も冷たい熱交換器は、長さが少なくとも１７インチであって４８インチを超えない。本発明のさらなる実施形態において、三つの最も冷たい熱交換器は、長さが少なくとも１７インチであって４８インチを超えない。本発明の実施形態により、長さを大きくすることと組み合わせて、幅を最小にすることが好ましい。例えば、１７インチという長さと組み合わせて所定の幅（例えば、５インチ）の熱交換器を選択することは、長さが１２インチ以下の５インチ幅の熱交換器よりも好ましい。これは、流路が長いと熱伝達のための表面積が大きくなり、板の数を最小とすることが可能で、続いてそれは、所定の熱交換器表面積についてより高い流体速度が維持されることとなるからである。例えば、２．５インチ〜３．５インチという幅は、少なくとも１７〜２４インチという長さと組み合わせて、または４．５インチ〜５．５インチという幅は、少なくとも１７〜２４インチという長さと組み合わせて用いられる。
【００５７】
さらには、本発明の実施形態により、吸込ライン蓄熱器（suction line accumulator）を一つ以上のろう付け板熱交換器とともに用いる。これが役に立つのは、液体冷媒は、ろう付け板熱交換器を含むシステムにおいて、コンプレッサーにずっと早く戻ることが可能であるからである。それゆえ、吸込ライン蓄熱器は、コンプレッサーの信頼性が失われないように、戻る液体の良好な管理を確実にするのに役立つ。コンプレッサーへの液体の戻りが高速であるという兆候が認められないならば、選択的に、吸込ライン蓄熱器は省略されてもよい。
【００５８】
本発明の実施形態によりさらに、必要とされる圧力と圧縮比で効率的に作動するコンプレッサーを用いて、効率的な冷凍システムが達成される。本発明による実施形態では、冷凍負荷（空調負荷に対しての）半密閉往復運動コンプレッサー（refrigeration duty (as opposed to air conditioning duty) semi hermetic reciprocating compressor）を用いる。そのようなコンプレッサーは、圧縮比が様々なアプリケーションで用いることで最適化される傾向がある。例えば、空調コンプレッサーは、低圧縮比のアプリケーションにおいて用いられるように設計されており、比較的高い再膨張容量を有し得る。対照的に、より圧縮の高いコンプレッサーは、再膨張容量を低減する方法を用いる。スクロールコンプレッサーにも同様の課題があり、ただし、この場合において、スクロール部材の形状によって圧縮比がより好ましいものに決められる。これらの最適な点から離れて作動すると、最適な動作圧縮比からの逸脱がより大きくなって、ますます非効率的になる。
【００５９】
本発明の実施形態により、極低温冷凍システムが、ろう付け板熱交換器の少なくとも一つの流路を下向きに冷媒流が流れるように構成され、その下向きに流れる冷媒流の速度は、極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速０．１メートルに保たれ、かつろう付け板熱交換器のさらに少なくとも一つの流路を上向きに冷媒流が流れるようにも構成され、その上向きに流れる冷媒流の速度は、極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速１メートルに保たれる。システムは、前述の通り他の流速について構成されてもよい。下向きに流れる冷媒流は、極低温冷凍システムの高圧流を含んいてもよく、上向きに流れる冷媒流は、極低温冷凍システムの低圧流を含んでいてもよい。ろう付け板熱交換器のヘッダーは、そのヘッダーを流れる冷媒の液体および気体留分を分配する挿入物を含む。システムはさらに、吸込ライン蓄熱器を用いて、極低温冷凍システムの最も暖かい熱交換器を出る低圧冷媒流から液体の冷媒を分離するように構成される。極低温冷凍システムは、冷凍負荷コンプレッサーを含んでいてもよい。そのコンプレッサーは、往復運動コンプレッサーか半密閉コンプレッサーかを含む。システムは、極低温冷凍システムの冷却動作の間、上向きに流れる冷媒流の速度が少なくとも秒速２メートルに保たれるように構成される。
【００６０】
３．冷バルブアクセスパネル上での凝縮を防止する方法
本発明の別の実施形態により、冷バルブ筐体（cold valve enclosure）への整備アクセスパネル上での凝縮を削減するか防止する方法が提供される。
【００６１】
従来のシステムにおいては、バルブやそれに結合される管類（配管）を流れる液体の温度が非常に低く、また整備のためにアクセスパネルを介してこれらのバルブにアクセス可能である必要があって、問題が生じる。伝導と自然対流が組み合わさる結果、冷バルブ箱の蓋が相当に冷却され、それによって、凝縮および霜の形成が起こる。凝縮や霜の水分源は、大気中の湿気である。
【００６２】
従来の冷バルブ筐体は、断熱層を用いていた。しかしながら、それらは、凝縮を防止するには不適切であると分かっている。
【００６３】
本発明による実施形態により、霜の形成を防止するか低減する方法が提供される。冷バルブ箱組立品は、前面フランジと冷バルブ箱の内装を除いて完全に断熱される。フランジの後ろ側と、冷バルブ箱側面および裏板の外面とは、完全に断熱されていて水分の問題を引きおこさない。この問題は、断熱材の十分に熱い層を加える事で潜在的に解決することができる。しかしながら、それには数インチの断熱材が必要であって実用的ではない。それにはまた、蓋を取り外すことができるよう何らかの工具のアクセスが必要であり、これらのアクセス点が潜在的に凝縮点となる。さらには、能動的な加熱（active heating）がなければ、霜の形成によって蓋がその場で凍ってしまう危険があり、その結果バルブを整備するときに相当な遅れが生じ得る。
【００６４】
本発明の実施形態により、第一の方法には、冷バルブ箱筐体の端の周りに管の軌跡（tube trace）６７６を走らせる（周りに沿わせるように管を配置する）ことが含まれる。その管６７６には、熱ガスが走っている。熱ガスは、冷凍システムの吐出ラインに平行な流路を作り出すことによって自動的に駆動される。前記管類６７６の直径および長さは、主要な吐出ラインにおいて圧力低下が起こることを利用できるサイズである。これによって、流れの一部が、「抵抗が最小の流路を取って」、冷バルブ筐体６７７の周りの、この管の軌跡６７６を流れることができる。本発明の代わりの実施形態には、コンプレッサー吐出ガスの一部が熱軌跡（hot trace）６７６を流れ、そしてコンプレッサー吸込に戻る熱ガスバイパスが含まれる。本発明の別の実施形態では、コンプレッサー吐出からの熱ガスが熱軌跡６７６を流れ、そしてコンデンサーの下流で高圧冷媒と混合する。本発明のさらなる実施形態では、バイパスを流れるガスの速度は、フランジおよび／または蓋の代表的な温度からの温度フィードバックに基づいてバルブで調整される。熱軌跡管６７６は、機械的なクランプおよび熱伝達油を用いて、冷バルブ筐体６７７の端に熱的に結合される。熱軌跡管６７６が冷バルブ箱または蓋に熱的に結合されるのにはいくつかの方法があり得る。一つの方法は、熱油の膜を用いるもので、好ましくは、短い距離に渡っていて管と箱または蓋の間に熱流路を提供する。代わりに、管を、単純に箱または蓋に押し付け得る。他の選択肢には、銅やアルミニウムといった比較的伝導率の高い材料等、他の熱伝導媒体が含まれる。管６７６が取り付けられる位置は、冷バルブ筐体アクセスパネルに熱が流れて、冷バルブ筐体６７７に入る熱が最小となるように選択される。熱ガス管軌跡６７６と蓋との間の熱流路における要素は、熱ガス管、この管の壁、熱油またはその他の熱結合手段、冷バルブ箱フランジへの冷バルブ筐体の壁およびこの冷バルブ筐体６７７のフランジと蓋との間のガスケット材の第一の平行流路、ならびに蓋をガスケットに押し付ける締結具の第二の平行流路である。いったん熱が蓋に伝達すると、それは冷たい点がなくなるように分布しなければならない。それは、二つの仕方のうちの一つによる。一方の仕方は、アルミニウムのような、伝導性の高い材料を蓋に用いて、蓋を横切る良好な熱伝導を達成することである。他方の仕方は、蓋の内側面上か、蓋の外側面上か、またはそれらの双方に断熱材を用いることである。代わりの構造は、冷バルブ箱の蓋の後ろ側に直接接続される熱ガス軌跡６７６を有するか、選択的にフランジに接続する別の構造に熱管軌跡６７６を取り付けるものであるか、冷バルブ箱の蓋への直接的な熱接触を優先してフランジへの接触を最小限になるようにしたものである。断熱材は、蓋の内側に配置されて蓋への対流を低減する。加えて、端に加えられている熱がより冷たい中心領域に伝わることが可能となるためには、蓋の外側に断熱材を加えることが望ましい。また、熱軌跡から冷箱に入る熱量を制限するために、冷バルブ箱の内側壁にも断熱材が必要である。さらには、熱軌跡バイパスと熱接触の大きさを決めるには、装置の動作条件を広い範囲で考慮し、整備担当者に危害が加わるか��しれない過度な温度を生じることなく蓋を暖めるのに流れが十分であることを確認する必要がある。一つ以上の実施形態には、断熱材が含まれているが、熱軌跡が用いられるときに必要な断熱材の量については、能動的な加熱が存在しないならば必要な断熱材よりもずっと薄い。一例として、凝縮を防止するのに必要な断熱材は、能動的な加熱が存在しなければ４インチ、６インチ、または１２インチもの厚さがある。対照的に、能動的な加熱を用いると、断熱材が必要でなくなるか、それを、たった１／２インチまたは１インチの厚さに制限できる。
【００６５】
本発明の別の実施形態において、第二の方法は、蓋の一部または蓋全体を暖める電気ヒーターを用いる。この場合、断熱材は、蓋の内側と、選択的に蓋の外側にも用いられる。ヒーターのサイズが蓋よりも小さいならば、蓋を横切って熱を伝導するのに伝導性の高い材料が好ましい。第一の方法におけるように、蓋の内側に断熱材が加えられる。また、蓋の外側にも同様に断熱材を用いてヒーターからの熱が確実に蓋に伝わって、周りの空気には伝わらないようにする。また、ヒーターの上にいくらか断熱材を配置することも必要である。しかしながら、このようにするならば、ヒーターが、断熱材またはヒーターの限界を超える温度に決して達しないことを注意して確認しなければならない。それとは関係なく、ヒーターを含む設計には、潜在的な温度超過を考慮に入れなければならない。これが現実に可能であるならば、安全サーモスタットやその他の温度制限要素を設計の一部に入れるべきである。
【００６６】
本発明の実施形態による熱ガス軌跡方法は、コンプレッサーからの熱ガスを用い、流れの一部のみを用いて流れ抵抗のバランスを取ることでこれを受動的に制御し、整備担当者が危険にさらされるような過剰な熱を提供することなく凝縮を防止するだけの正確な熱量を提供し、かつ冷バルブ箱に過剰な熱を提供しない。こうしなければシステム全体の効率が低下してしまう。本発明の実施形態によるシステムでのテストの一例において、１０ＨＰのコンプレッサーを用いてテストされたシステムについて、幅が約１８インチで高さが２４インチという寸法を有する冷バルブ箱を必要なだけ加熱すると、１％から１０％の桁で熱吐出流の比較的小さな部分がこの熱ガス軌跡管へバイパスされることが必要であった。小さなシステムほど、コンプレッサーの吐出ガスの合計に対して高い割合が必要である。
【００６７】
本発明による実施形態において、電気ヒーターは極低温システムでの凝縮に適切に対処し、整備パネルに直接熱を加える。
【００６８】
図６は、冷バルブ箱６７７の内部図であり、それとともに本発明による凝縮を防止する実施形態が用いられる。冷バルブ箱の内部バルブが示されている。冷たい冷媒が管類およびバルブを流れる。自然対流およびバルブ箱への伝導によって、フランジの温度や蓋の内面が非常に冷たくなるが、断熱材と能動的な加熱の何らかの組み合わせがなければ、これによって蓋に凝縮が引き起こされる。図６において蓋は示されていない。それは、図示されているハードウェア６７９を用いてフランジ６７８の上に載置される。
【００６９】
本発明の実施形態による、能動的な加熱方法のさらなる利点は、手動バルブを通る流れがないときにそれらを暖めることができるというものである。これによって、これらのバルブを操作できるようになるのに必要な時間が短くなる。通常、バルブステムのねじ山が凍結し、冷たいときのバルブの操作を妨げる。バルブ筐体への加熱があれば、これらのバルブを、凝固点を超えて暖めることができるので、整備技師が、能動的な加熱がないものよりも早く修理を行うことが可能となる。
【００７０】
４．予測診断
混合ガス冷凍製品は、顧客にとって重大な多数のプロセスで用いられる。これは、生産ラインを操作したり、生物学的なサンプルを蓄積したりすることを含む。これらの、およびその他多くの産業用冷凍アプリケーションにおいては、予期されない冷却の損失または障害による停止時間（down time due to a fault）は、生産性の損失のために受け入れられるものではなく、材料の不良を生じたり重大な研究サンプルの損失となったりする。
【００７１】
本発明の実施形態によると、予測診断によって、システムがそれ自体を監視し、システムが、冷却の重大な損失または障害の危険にあることをそのような事象が起こる前に指示する傾向を検出することが可能になる。そのような予測診断の情報は、二つの方法のうちの一つで提供される。第一の方法は、将来のデータが比較されなければならない基準線データのセット（baseline data set）をシステムが走らせていることを正式にユーザーに確認してもらうことである。第二の方法は、システムがアプリケーションの自己監視を行うことであって、将来のデータが比較されるそれ自体の基準線を確立することである。
【００７２】
本発明の実施形態による予測診断は、いくつかの主要な原理に基づいており、それらは、過渡的な性能の監視、定常状態性能の監視、値域グループ分け（bin grouping）、変化する外的要因に基づく温度のスケーリング、および制御要素（control components）の負荷サイクルの比較である。
【００７３】
本発明の実施形態による過渡的性能監視において、温度や圧力といった主要パラメーターの変化率が監視される。一例として、冷却または加熱のアプリケーションの場合、チャックのようなまたは管類のコイルのような熱質量を出る冷媒の変化率を、経時的に追跡できる。温度対時間の関係のこの傾斜を、ある主要な閾値について計算することができる。同様にそのような閾値に達するまでの時間も追跡できる。これによって、システムを冷却する能力という基礎を測定することができる。熱量が知られているならば、これは、瞬間の冷却能力の絶対的な測定である。しかしながら、多くの場合、正確な熱量情報は手に入れることができず、その場合、これによって、システム設定が一定のままであると仮定して、数多くのクールダウンサイクルについて追跡できる重要な相対比較が行われる。そのような事象の間、冷凍システムは、コンプレッサーによって駆動されるので、吸込と吐出の温度および圧力、コンプレッサーのオイルポンプ圧、オイル溜めレベル、ならびにアンペア数といったコンプレッサーの重大な動作パラメーターは、監視すべき重要な要因である。いったん、正式のまたは自己査定した（formal or self assessed）基準線が確立されると、将来の過渡的な事象をこの基準線と比較して、どのような偏差（逸脱、deviation）でも観察できるものとなる。そして、これらの偏差を評価して、偏差の大きさや、この偏差の傾向（trend）を査定することができる。偏差または偏差の傾向がある閾値に達すると、その大きさによって、警告や警報を送ることができる。前記閾値は、機器の製造者やエンドユーザーによって設けられる。
【００７４】
本発明の実施形態による定常状態性能監視において、システムは、いつシステムが定常状態に達するかを判断できなければならない。これは、時間要件か漸近線要件（すなわち、温度の変化率が非常に小さくなる）かを設けることによって測定される。いったん、定常状態のための要件が満たされると、将来の定常状態条件との比較のために基準線データを獲得することができる。観察される定常状態温度が相当量逸脱すると、その大きさによって警告または警報を送り出すことができる。
【００７５】
４ａ．基準線を決める方法
本発明の実施形態により、二つの方法のうちの一つで基準線を生成できる。一つの方法は、正式な方法であって、基準線の獲得を開始する制御システムに顧客が命令を入力するものである。そして、システムは、装置をさまざまな動作モードに推移させ、定常状態および過渡的データを得る。一例として、システムは、待機、冷却、解凍そして待機というモードを推移し得る。そして、システムは、データを記録し、将来のデータと比較するために、これを蓄積する。もう一つの方法は、自己査定基準線である。この場合、システムは、継続的にシステム状態を見ていて、あるモードがいつ可能であるか測定する。例えば、装置が待機から冷却へ切り換えられると、システムは、このモード変化について、温度対時間のデータを記録する。もう一つの例において、いったん、装置が冷却モードにおいて定常状態条件に達すると、これを検出して代表的なデータを集める。このようにして、システムは、過渡的および定常状態データを記録して、いくつかの繰り返される事象の結果を平均する。そしてこの平均データが、将来のデータが比較される基準線になる。そのような基準線テストは、最終の設置（final installation）で行われ、それは、一つの設置の特定の詳細は、一意的であり得るからである。冷却水の温度および流速、クライオコイル長および直径、ライン長および直径、熱放射熱負荷（thermal radiation heat load）ならびに電源周波数（５０Ｈｚ対６０Ｈｚ）といった要因がすべてシステムの性能に影響を及ぼす。したがって、特定の装置の特定の設置で基準線を得ることは、有用な参照点となる。
【００７６】
４ｂ．能力が制御されるときに性能を監視する方法
本発明の実施形態により、システムの性能が能動的に制御されているとき、システムの能力が受け入れ可能であるか否かについての知識は、査定するのがより困難である。一例として、ランプ制御の間、システムは、顧客が要請した目標に合致するようクールダウン速度を能動的に低減している。そのように、実際の冷却能力は、簡単な時間対温度の関係から得ることはできない。むしろ、今やシステムは、負荷サイクルやクールダウン速度を制御している制御バルブの負荷を見る必要がある。別の例においては、システムは、定常状態における温度制御モードにある。この場合において、冷却能力の損失は、観察される温度に基づくだけならば、気付かれずにおかれる。この理由で、システムは、負荷サイクルか温度制御バルブの負荷もまた見なければならない。
【００７７】
例えば、本発明の実施形態によると、バルブがオン／オフバルブであって、「オン」位置の時間の割合が時間の経過によって変わるならば、これは、冷却能力の損失の証拠である。同様に、温度制御のための比例バルブを用いるシステムについて、システムが、バルブが開いている割合を基準線データと比較することができる。同じ温度を制御するのに、バルブが開いている割合が大きく変化すると、冷却能力の損失が指示される。
【００７８】
本発明による実施形態では、予測診断が、極低温混合ガス冷凍システムに組み入れられる。正式の、ユーザーが入力要求された基準線が用いられる。さらには、システムは、それ自体の自己査定基準線を作って実施する。さらには、システムは、初期条件（例えば、最も冷たい液体温度）に基づいて事象をグループ分けするためにデータ値域（data bins）を用い、また冷却水の温度といった外部パラメーターの変化を補償するのにオフセットを用いる。
【００７９】
本発明によると、予測診断を行う制御システムは、冷却システム装置内に位置する制御システム、装置とは離れて位置するが同じ施設内に位置する制御システム、および／または離れて別の施設内に位置する制御システムの一つ以上である。
【００８０】
４ｃ．バランス圧の監視
さらなる実施形態において、暖めプロセスの最後に観察されるバランス圧が、制御システムによって用いられて、それまでの暖めプロセスから大きな変化が生じているか否かを判断する。これは、多くの形を取り得る。例えば、制御システムは、参照データが手動で入力されるものであるか、または以前の暖めプロセス動作から参照値を自動的に捕獲して蓄積していてもよい。制御システムは、装置に組み入れられた制御システム、装置から離れているが同じ施設内に収容されている制御システム、および／または装置から離れていて別の施設内に収容されている制御システムの一つ以上である。本質的には、制御システムは、最新のバランス圧を参照データと比較して大きな変化が起こっているか否かを判断する。大きな変化が起こっているならば、制御システムは、圧力の損失を解消するために注意する必要があることをオペレーターに知らせるための何らかのアクションを取り得る。
【００８１】
本発明の実施形態により、システム制御器が、機械の始動に先立ってシステムのバランス圧を記録する。これは、最初のいくつかの始動の間に、最初の設置で行われるか、継続する形で行われる。バランス圧の記録とともに、熱交換器アレイ内の少なくとも一つの温度を用いて、熱交換器アレイがどれだけ十分暖かいかが査定でき、それは、熱交換器アレイが室温よりも相当に冷たいときに、バランス圧が低いからである。
【００８２】
５．温度制御と自動調整
本発明の実施形態により、三種類の温度制御が開発されている。
５．１  一つは、単純に不感帯制御に基づく簡単なオン／オフ温度制御である。これは、凍結防止バルブに用いられる。
５．２  別のものは、自動調整アルゴリズムによりオン／オフ時間部分が最適化されるオン／オフ温度制御である。これは、オン／オフ温度制御バルブで用いられる。
５．３  第三の方法は、比例制御を提供するステッパーモーターバルブの仕様である。これは、温度制御に用いられ、自動調整アルゴリズムを用いて最適化される制御パラメーターを用いて制御される。
５．４は、５．２と５．３の組み合わせであって、ソレノイドバルブと比例バルブが直列で用いられる。
【００８３】
５．１、５．２および５．３のそれぞれについて、バルブは、温度範囲が制限されている通常の冷凍バルブであるか、極低温温度範囲の極低温バルブであり得る。以下の記述は、バルブが−４０℃から＋１００℃の範囲にある冷媒を管理している場合についてのものである。この場合、混合ガス冷凍システムの熱交換器および相分離器内の中間冷媒が用いられる。好ましくは、これは、最も冷たい相分離器の気相から取られる。例えば、これは、フリン等の米国特許第７，４７８，５４０Ｂ２に開示されるいずれかの方法を用いて実施され、その開示の全体は、ここに援用することによって本明細書に組み入れられる。好ましくは、この流体は、制御バルブに入るのに先立って、コンプレッサー吐出ラインやコンプレッサーを出る冷媒のような、システムにおける別のより暖かい液体流と熱を交換することによって暖められる。もしこれらが極低温で作動することが可能であるならば、さらなる選択肢は、温度がより暖かい流体を極低温供給流に注入するのではなく、これらのバルブが、システムを出る極低温流体を直接管理するというものである。
【００８４】
５．１  本発明の実施形態により、凍結防止回路が、システムにおける最も冷たい低圧冷媒に暖かい冷媒ガスを注入する。これによって、プロセスのこの部分で冷媒が暖められ、その結果、この低圧冷媒と熱を交換している高圧冷媒が暖まる。バルブは、単純な開閉温度制限に基づいて制御される。温度が低下し過ぎるとバルブが開く。検出温度は、最も冷たい熱交換器を出る高圧冷媒の温度であるか、この高圧冷媒が膨張して低圧になった後の温度であるか、またはそれは、最も冷たい熱交換器を出る低圧冷媒であり得るし、またはこれらの温度のいずれかを加重平均した形で組み合わせたものであり得る。
【００８５】
５．２および５．３  本発明の実施形態により、温度制御自動調整アルゴリズム設計により、制御パラメーターの適切な組み合わせが見出されて、無理のない仕方で特定の位置の温度を調整する。過去においては、温度制御器パラメーターを設計して特定のハードウェア構成や設置のために調整する必要があった。ほとんどの時間、特定のハードウェア構成の特性を分析し、設置された装置（installed unit）のそれぞれについて、制御器を手作業で設計するには、高度な訓練を積んだ制御技師が必要であった。時には、このプロセスは長たらしくて開始（始動、starting）の安定した組み合わせを見出すだけのことに長時間かかる。
【００８６】
本発明の実施形態による自動調整アルゴリズムによって、温度制御器の特性付け、分析、および設計プロセスが、自動化され、簡素化される。アルゴリズムは、統括管理が最小であっても走らせることができて、特定のハードウェアに集められたデータに基づいて安定した一組の制御器パラメーターを提供する。この自動化したプロセスは、設計プロセスを簡素化して、制御技術の知識があまりない技師が制御器の調整を行うことを可能とする。したがって、自動調整は、設置された装置のそれぞれに必要な技師の時間を最小化するのに役立つ。
【００８７】
５．４  本発明の実施形態による自動調整アルゴリズムは、高度に自動化／簡素化された特性付け−分析−設計プロセスであるが、その利点として、温度制御を必要とする様々な異なる製品に拡張することができる。潜在的な制限は、システム性能に多くの犠牲を払わずに安定した／しっかりした設計を保証できる、信頼できる設計方法が存在していることにある。しかしながら、大抵の熱的にダイナミックなシステムにとって、安定要求は、性能要求よりも重要である。保守的な標準化された設計で製品の仕様を満たすには十分である。
【００８８】
本発明の実施形態による自動調整アルゴリズムは、以下のことからなる。
・冷却システムを周知の状態、すなわち待機モードにすること。顧客熱負荷は、切り離さなければならない。
・温度が最小温度に達して安定化するまで回路への冷媒流を開始する。
・温度制御バルブを最大値まで開けて、時間と温度を周期的に記録する。
・システム特性（遅延時間と温度上昇率）を計算して、「制御オン」条件についてＰＩ制御器を設計する。
・温度が安定した後、温度制御バルブを完全に閉めて、時間と温度を周期的に記録する。
・システム特性（遅延時間と温度上昇率）を計算して、「制御オフ」条件についてＰＩ制御器を設計する。
・二つの設計（「制御オン」および「制御オフ」）を比較して、安定した設計を開始するために、保守的なものを選択／保存する。
【００８９】
本発明の実施形態により、冷却／加熱プロセスの間、不安定で潜在的に危険な状態を防止するために、温度が念入りに監視される。安定した温度の状態を正確に検出するために、可動窓構成（moving-window scheme）が実施される。安定した状態として適切となるように、測定された温度が、所定の時間内（例えば、４分をデフォルトとする）狭い範囲内（例えば、２℃をデフォルトとする）にある必要がある。
【００９０】
本発明の実施形態により、最終の選択プロセスによって、二つの設計の間で比例ゲインが比較され、値がより低い組が選択される。
【００９１】
本発明による実施形態においては、
・正制御（上昇温度）と負制御（下降温度）の双方について、システム特性を獲得するために二重ステップ設計が用いられる。
・選択プロセスを用いて、安定した開始パラメーターの組がうまく見つかることを確認する。
・可動窓構造を用いて、温度安定性を正確に測定し、自動調整プロセスの間、誤り／不安定状態を検出する。
・オン／オフバルブおよび比例バルブを用いる場合において、必要とされる最適化の余地がある。
【００９２】
本発明の実施形態により、性能の最適化のために自動調整されたパラメーターで冷凍システムにおいて、温度制御が行われる。
【００９３】
本発明の実施形態により、冷たい冷媒が回路の温度を冷たくし、熱ガスがそれを暖める。このモードにおいて、本発明による実施形態は、比例バルブによって提供される熱ガスの量を制御することによって、回路の温度を制御する。比例バルブの開放レベルが設定可能な量（例えば、デフォルト２５％）よりも大きいならば、過剰能力があると判断される。本発明により、温度制御機能を実施する制御システムは、冷却システム装置内に位置する制御システム、装置とは離れて位置するが同じ施設内に位置する制御システム、および／または別の施設内に離れて位置する制御システムの一つ以上である。
【００９４】
６．適応性のある電源管理
冷凍機器のエネルギー消費は、設備機器の大きな運転費用を表す。このエネルギー費用を低減するのは、どこでも可能であるなら消費電力を低減するという望ましい目標である。とりわけ、顧客のプロセスがアイドリングのモードにあるときの消費電力は、比較的高い費用となり得、それには、ほとんど利益がない。
【００９５】
この懸念に取り組むために、本発明の実施形態により、消費電力を低減するいくつかの方法が提供されている。どの電源管理戦略にとっても重要なのは、消費電力を低減するのに適切なのはいつであるかを判断するインテリジェント制御器である。本発明の実施形態により、二種類の情報が提供される。一つは、いつ装置がアイドリングのモードになるかを判断することである。この場合、電力の低減は、時間とシステムの温度の組み合わせに基づいて実施される。もう一つは、いつ冷却システムが過剰（超過、余剰）冷却（または加熱）能力を有していて、なおも必要な能力を提供しながら消費電力を低減できるのかを判断することである。考えられている四つの方法は、変速駆動、シリンダーアンローディング、スクロールアンローディング、および二つ以上のコンプレッサーを並列で使用することである。
【００９６】
本発明の実施形態により、極低温チラー（Cryochiller）電源管理を用いて、装置が過剰冷却能力を有するときにコンプレッサーによって消費される電力を低減する。
【００９７】
本発明の実施形態により、極低温チラーソフトウェアが装置の冷却需要を監視し、いつ装置が過剰冷却能力を有するのかを判断する。冷却能力が過剰であるなら、シリンダーアンローダーを作動させて電力低減という選択肢を立ち上げ、冷却電力を低減する。
【００９８】
６．１  シリンダーアンローディング
本発明の実施形態により、ソレノイドを作動させ、それによって三つのシリンダーヘッダーの一つが入口を遮断する。これによって、流れを、例えば、１／３だけ低減し、その結果、例えば、約３０％の電力低減（全負荷の下で；低負荷では電力節約は約１０％のみである）となる。この機能を作動させている間、ソレノイドは、短い時間の割合だけ除勢される。一例として、ソレノイドバルブを除勢する間隔は、１時間ごと、４時間ごと、または１日ごとに１０〜１２０秒であり得る。これは、吸込リードバルブにオイルが蓄積するのを防止するために実施されるが、そのようなオイルの蓄積はリードバルブを傷つけ得るものである。全能力が必要なときは、ソレノイドは除勢される。ユーザーは、いつシリンダーアンローダーを作動させ、またこの機能を完全に停止するかに関して、時間遅延を調整するという選択肢を有する。一つのモードから別のものへ推移するときなどは、例えば、待機モードから冷却モードへ推移するときのように、追加の冷却能力が必要であり、システムは、アンローディングモードを自動的に終了する。
【００９９】
６．２  過剰冷却能力条件
本発明の実施形態により、過剰冷却能力は以下のように判断される。
・待機モードにおいて：  極低温チラーは、待機モードにおいて、設定可能な（configurable）期間（例えば、２０分というデフォルト）の後、この電力節約モードに入る。代わりに、いったん、特定のシステム温度が十分に低い温度に冷却されるか、凍結防止バルブの負荷サイクルが特定の負荷サイクルに達するとき、システムは、待機モードにおける電力節約モードに入る。一つ以上の結合した極低温冷凍システムを用いるシステムについては、双方の回路がこの長さの時間、待機状態になければならない。待機モードから冷却モードに推移するとき、電力節約モードを終了するように、装置を構成し得る。
【０１００】
・標準冷却モードにおいて：  標準冷却モードは、冷却設定点を有さない。顧客は、要請する最小温度を構成点として指定する。回路が標準冷却モードにあって、戻り温度が構成された最小値よりも設定可能な量（例えば、２度というデフォルト）以上に冷たいならば、過剰冷却能力があると判断される。電源管理が作動されるときに達成される要求された温度が決定された制限を超えるならば、システムは電力節約モードを終了できる。
【０１０１】
・冷却バルブのオン／オフで温度制御される冷却モードにおいて：  最後の数分間冷却バルブが開いている時間の割合が、設定可能な量（例えば、７５％というデフォルト）未満であるならば、過剰能力があると判断される。
【０１０２】
・比例バルブで温度制御される冷却モードにおいて：  比例バルブで温度制御される冷却モードにおいて、冷却バルブは、いつも開いていて、冷たい冷媒を提供し、その間、望まれる温度を達成するために、比例バルブが、その冷たい冷媒を暖めることができる冷媒ガスを提供する。
【０１０３】
本発明の実施形態により、温度制御なしに過剰冷却能力を判断し、過剰冷却能力があると判断されるときに、シリンダーアンローディングを作動させる方法が提供される。さらには、制御バルブの負荷サイクルを見ることで、温度制御で、いつシステムが過剰冷却能力を有するのかを判定し、過剰冷却能力があると判断されるときに、シリンダーアンローディングを作動させる方法が提供される。
【０１０４】
前記例は、システム能力におけるステップの変化を生じるシリンダーアンローダーの使用を指示する。本発明の実施形態により、これは、一つのシリンダーまたは一つのヘッダーのレベルで行われ得る。前記例において、ヘッダーを三つ含む６シリンダーコンプレッサーが用いられたが、この場合、一つのヘッダーは、完全にアンロードされ、それは、変位を３３％低減していた。シリンダー一つ（変位を１／６低減）、シリンダー三つ（５０％）等の他の構成も可能である。また、より大きなアンローディングは、過剰冷却能力の大きさに基づいて実施されるというように、アンローディングの程度を多様とすることも可能である。シリンダーのアンローディングを可変とする別の方法は、アンローダーバルブをパルス作動させることである。そのようなパルス作動方法を用いて、（アンローダーが作動されていないときのような）ゼロアンローディングと（特定のシリンダーや一組のシリンダーについてアンローディングが継続的に作動しているときのような）最大アンローディングとの間のある程度のアンローディングを達成することができる。
【０１０５】
６．３  変速およびスクロールアンローディング方法
本発明の実施形態により、二つの代替方法を用いて、アンローディングのレベルを可変とする他の選択肢を得ることができる。
【０１０６】
一つの方法は、変速制御を実施することである。この方法において、コンプレッサーの変位は、必要とされる冷却能力に基づいて継続的（連続的）に変えられる。典型的には、コンプレッサーの変位を増大させ得る、通常よりも高いレベルにモーター速度を変えられる。この方法は、電気モーターで作動されるあらゆる種類のコンプレッサーに適用可能である。
【０１０７】
代わりの方法は、スクロールコンプレッサーに特有である。この方法において、コンプレッサーのスクロール間の間隔をわずかに変えて、有効な変位を低減する。適切なスクロールコンプレッサーは、米国オハイオ州シドニーのエマーソンクライメイトテクノロジーズのコープランドスクロール（登録商標）ブランドの下で「デジタルスクロール」および「スクロールウルトラテックコンプレッサー」として市販されている。
【０１０８】
本発明の実施形態により、往復運動コンプレッサーのシリンダーアンローダーを、過剰冷却能力の査定と組み合わせて用いる。さらには、そのような機能を混合ガス冷凍システムにおいて用いる。さらには、変速またはスクロールアンローディングを、混合ガス冷凍システムにおいて用いる。
【０１０９】
本発明の実施形態により、アンローディングが懸念される混合ガス冷凍の要素で、混合冷媒の良好な管理および良好な熱伝達を達成する最小速度を維持する必要性に対処しなければならないということが理解される。これは、アンローディングの程度は、過剰でありえないということを意味する。例えば、システムが能力の１０％までアンロードされると、熱交換器において、速度が低くなり過ぎて、その結果、冷却性能が悪くなってしまう。これは、二つの要因による。第一のものは、熱交換器における速度が有効となるのに十分である必要性である。第二のものは、液相と気相の流れを均一にする必要性である。これは、混合ガス冷凍システムにおいて重要であり、それは、気相と液相は大きく異なる冷媒組成を有するからである。
【０１１０】
６．４  複数の並列のコンプレッサー
本発明の実施形態により、並列で作動する複数のコンプレッサーを含んで、極低温チラーシステムが構成されるとき、一つ以上のコンプレッサーを停止することによって消費電力を低減することが可能である。これらのコンプレッサーは、変位が同じであることも異なっていることもあり得る。一つ以上には、シリンダーアンローディング、変速駆動、またはスクロール分離といったそれ自体の電源管理能力を含み得る。複数の並列コンプレサーを含む極低温チラーの消費電力を低減するために、少なくとも一つのコンプレッサーは作動状態のままであって、一方、少なくとも一つの別のコンプレッサーは停止されるか変位を低減して作動される。これによって、質量流の量を低減し、必要とされる電力の量も低減することが可能となる。代わりに、作動状態にあるコンプレッサーが変位を低減しての動作を用いる一方で、少なくとも一つの別のコンプレッサーが停止される。コンプレッサーを並列に作動させるとき、各コンプレッサーへの適量のオイルの戻りを確認し、一つのコンプレッサーが停止するとき、そこに逆向きの流れが起こらないことを確認できるように注意を払わなければならない。
【０１１１】
本発明の実施形態により、混合ガス冷媒を用いる極低温冷凍システムが構成され、いつシステムが過剰冷却能力を有するかを判断し、かつシステムのコンプレッサーの消費電力を低減しつつなおも必要なだけの冷却能力を負荷に供給することによって、消費電力を低減する。システムは、（ｉ）コンプレッサーのシリンダーアンローダーを作動し、（ｉｉ）コンプレッサーのモーター速度を変え、（ｉｉｉ）スクロールコンプレッサーのスクロール間隔を変え、（ｉｖ）極低温システムが二つ以上のコンプレッサーを並列に含む場合に、二つ以上のコンプレッサーの第一のコンプレッサーを作動状態に保ちつつ、二つ以上のコンプレッサーの第二のコンプレッサーを停止するかその第二のコンプレッサーを低減した変位で作動させるように構成される少なくとも一つの制御モジュールを含むことによって、消費電力を低減するように構成される。一つ以上の制御モジュールは、負荷からの戻り温度が所定の最小温度よりも所定の温度差を超えて冷たいか否かを判断するか、冷たいバルブが開いている時間の割合を監視してその時間の割合を所定の割合と比較するか、温度制御バルブが開いている時間の割合を監視してその時間の割合を所定の割合と比較するか、比例バルブが開いている量を測定するかのうち少なくとも一つによって、極低温冷凍システムが、いつ過剰冷却能力を有するのかを判断するように構成される。
【０１１２】
７．ウェブＧＵＩ制御インターフェースを含む極低温チラー
本発明の実施形態により、混合冷媒を用いる極低温冷凍システムのような極低温チラーを監視して制御する、使いやすい直観の（intuitive）グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）が提供される。より詳しくは、このインターフェースは、ウェブに基づくＧＵＩであって、そこでは、冷凍システムは、ユーザーがインターネットプロトコルアドレスを用いてアクセスできるウェブページを主催する（host）サーバーである。このインターフェースを通して、ユーザーは冷凍システムを監視して制御することができる。
【０１１３】
本発明による実施形態では、パラメーター値を入力し、装置の状態を変えるのをより簡単にすることで冷凍システムを使いやすくしている。さらには、これを行うのに、特定の命令語彙（command lexicon）を学ぶ必要もなく、また特定の動作を可能とするのに必要な特定のパラメーター値を知る必要もない。むしろ、使いやすいインターフェースが提供されるのであって、ユーザーはパラメーター値を入力してそれらを受け付けてもらえる。また、実時間モニターと、装置の制御パネル上で人と機械のインターフェースとして機能する制御が組み込まれている。さらには、システムによって計測される、温度、圧力、電圧およびその他のセンサーすべてについての値が提供される。また、ソレノイドで作動するバルブ、接触器および継電器のすべての論理状態（logic state）についての情報も提供される。さらには、比例バルブについて位置情報が提供される。
【０１１４】
本発明による実施形態では、ウェブを基にした、アクティブサーバーページ（ＡＳＰ）ユーザーインターフェースが提供される。ユーザーは、イーサネット（登録商標）接続を用いたり、ウェブブラウザを用いて閲覧したり、アクティブサーバーウェブページを通して、デバイスと情報交換したりするといったように、ネットワークを介してデバイスに接続できる。ウェブインターフェースは、ウェブＧＵＩがデバイスを制御することが望ましいならば、冷凍システムの別のインターフェースによる制御が認められなければならない。この、イーサネット（登録商標）を基にしたＧＵＩは、ウェブサーバーを含む冷凍システムそれ自体をホストとし、それは、例えば、冷凍システムに搭載されるプロセッサーのオペレーティングシステムの一部として提供される。一例において、前記インターフェースは、（米国ワシントン州レッドモンドのマイクロソフト社が販売するＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）オペレーティングシステムの）ＷｉｎＣＥプラットフォーム上で作動する。この例において、このインターフェースのサポートは、ウェブサーバー構成要素を含むＷｉｎＣＥ  ＩＤＥおよびアクティブサーバーページとスクリプトによるサポートをカタログでの選択により構成されることが必要である。
【０１１５】
本発明による実施形態により、ウェブのブラウザを通してアクセス可能な冷凍システムのためのＧＵＩが提供される。これらのウェブページを通して、ユーザーは、装置の操作や構成や整備のための重要な情報のいずれにも容易にアクセスできる。有効なパスワードを提出し、またシステムがウェブＧＵＩによる遠隔アクセスを可能とするよう構成されているなら、ユーザーは装置の状態や冷凍システムの主要な制御パラメーターを修正できる。従来の極低温チラーは、各種の簡単な電気または電子インターフェースに依存していた。これには、２４Ｖ入力または出力信号を用いる単純継電器論理が含まれていてＲＳ−２３２、ＲＳ−４８５または同様の直列または並列標準産業インターフェース（serial or parallel standard industry interfaces）に依存していた。これらはそれぞれ、２４Ｖ信号の場合におけるような特別注文配線か、標準産業インターフェースの場合におけるような特別注文命令ルーチンかを必要とした。対照的に、本発明の実施形態によるウェブＧＵＩでは、ユーザーが特別注文配線を開発する必要もなく、または特別注文プログラミングを必要とせずに装置を遠隔制御する手段が提供される。
【０１１６】
図７は、本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからのホームページの一画面であり、それには、冷凍システムのユーザーキーパッドのファクシミリ（複製）が含まれている。ウェブＧＵＩとのポイントおよびクリック相互作用を用いてユーザーは装置モードを変えることができる。また主要な機能の上にマウスのポインタをかざすことによって、ボタンまたはＬＥＤの説明が現れ、スイッチの機能を説明する。装置についての主要な情報や現在の作動状態とともに、警告情報の障害を含む枠も表示される。
【０１１７】
図８は、本発明の実施形態にしたがって実行されたウェブＧＵＩからの状態ページの一画面であり、重要なセンサーと作動モードデータすべての全体図が提供されている。
【０１１８】
図９は、本発明の実施形態にしたがって実行されているウェブＧＵＩからの通信ページの一画面であり、通信プロトコル情報および複数の測定情報が提供され、それぞれの選択が可能となっている。
【０１１９】
図１０は、本発明の実施形態にしたがって実行されているウェブＧＵＩからの動作モードページの一画面であり、冷凍システムの動作モードについての情報が提供され、それらの構成の選択が可能となっている。
【０１２０】
図１１は、本発明の実施形態にしたがって実行されているウェブＧＵＩからの制御ページの一画面であり、冷凍システムの重要な制御パラメーターについての情報を提供し、それらの選択が可能になっている。
【０１２１】
図１２は、本発明の実施形態にしたがって実行されているウェブＧＵＩからの整備ページの一画面であり、ユーザーがパスワードを入力することで整備機能にアクセスすることが可能となっている。
【０１２２】
ここに示されている画面は、本発明による実施形態で実施が可能なものにおいて用いられる例を示しており、ウェブＧＵＩの性能を代表している。他の、多くの可能なセンサー値や制御パラメーターを表示することも可能である。
【０１２３】
本発明の実施形態により、極低温冷凍システムの制御器が、前記ＧＵＩのためのそれ自体のウェブページを主催している。代わりに、遠く離れたサーバーが、冷凍システムからデータを集めて、冷凍システムのＧＵＩを提供するウェブページシステムを主催し得る。システムが、それ自体のウェブページを主催する場合には、ユーザーはＧＵＩを通して遠隔でシステムを監視することが許可されているが、システムの別のインターフェースが構成されていて、ユーザーがシステムを制御できるように作動していても、システムの制御のみが許可される。冷凍システムの制御システムにおけるプロセッサーは、オペレーティングシステムを走らせるが、それは、冷凍システムのＧＵＩのためのウェブページを主催する。ＧＵＩは、イーサネット（登録商標）、ＷｉＦｉや携帯電話ネットワークのような数々の可能な異なるネットワークを介してアクセスされる。ＧＵＩを用いて、ユーザーは、ウェブページを閲覧し、装置の設定（例えば、動作モード）を変え、制御パラメーターの値を変え、または装置に別々の命令を送ることができる。ユーザーは、装置からデータを受け取り、または（ＧＵＩを通すかネットワークを介して明確な命令を送るかすることによって）装置に命令を送る。冷凍システムがそれ自体のウェブページを有し、および／または、システムの個々の構成要素（例えば、コンプレッサー）が、それら自体のウェブページを、それぞれについてのインターネットプロトコルアドレスとともに有する。
【０１２４】
８．制御システム；コンピューターで実施されるシステム
本発明の実施形態により、ここに説明される様々な技法が、制御システムを用いて実施され、コンピューターで実施される構成要素を含む。
【０１２５】
図１３は、本発明の実施形態により、用いられる制御システムの簡略化されたブロック図である。ここに説明される制御技法は、一つ以上のプロセッサー１３８１を含む制御モジュール１３８０のようなハードウェアを用いて実施され、それらプロセッサーは、例えば、一つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１３８２、１３８３、制御モジュール１３８０の一つ以上のプロセッサー１３８１で走るアプリケーションソフトウェア、電子信号をここに説明されているシステムに結合されるセンサーから制御モジュール１３８０に供給するセンサーライン１３８４、１３８５（例えば、温度センサー１３８６および圧力センサー１３８７からのセンサーライン）、および電子信号をここに説明されているシステム内の作動される構成要素に供給する作動器（actuator）ライン１３８１〜１３８３（例えば、電子信号を、１３８１におけるような作動するバルブ、１３８２におけるような一つ以上のコンプレッサー、１３８３におけるような可変周波数駆動その他の制御された構成要素に供給する作動器ライン）を含む。少なくとも部分的に流体駆動される制御ハードウェアを含む他の制御ハードウェアを用いてもよいことが理解される。加えて、本発明による実施形態は、この分野の現存する通常の装置の制御システムを修正することによって、例えば、現存する通常の装置を改造したものとして、実施されてもよいことが理解される。
【０１２６】
一つ以上のコンピューターシステムを用いて、本発明の前述の実施形態の部分部分を実施して、例えば、ここに説明されている冷凍システムや関連する構成要素についての制御技法を自動的に実施可能とすることもできる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせを用いて実施される。ソフトウェアで実施されるとき、ソフトウェアコードは、単一のコンピューターに提供されていようと複数のコンピューターに分配されていようと、適切なプロセッサーかプロセッサーの集合体において実行できる。
【０１２７】
さらに、コンピューターは、ラックに載置されたコンピューター、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、またはタブレットコンピューターのような、複数の形態のいずれにおいても実施されてもよいことも理解される。加えて、コンピューターは、一般にはコンピューターとして見なされないが、適切な処理能力を有するデバイスに埋め込まれてもよく、それには、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、またはその他の適切な携帯型または固定型電子デバイスが含まれる。
【０１２８】
また、コンピューターは、一つ以上の入出力デバイスを含んでいる。これらのデバイスを用いて、ユーザーインターフェースその他が提供される。ユーザーインターフェースを提供するのに用いられる出力デバイスの例には、出力を視覚で提供するプリンターやディスプレイ画面、および出力を聴覚で提供するスピーカーやその他の音声生成デバイスが含まれる。ユーザーインターフェースのために用いられる入力デバイスの例には、キーボード、ならびに、マウス、タッチパッドおよびデジタル化タブレットのようなポインティングデバイスが含まれる。別の例として、コンピューターは、音声認識を介するか、またはその他の聴覚形式で入力情報を受け取ってもよい。
【０１２９】
そのようなコンピューターは、ローカルエリアネットワークや、企業ネットワークや、インターネットのようなワイドエリアネットワークを含む一つ以上のネットワークと適切な形で相互接続される。そのようなネットワークは、適切な技術に基づいており、適切なプロトコルによって作動し、無線ネットワーク、有線ネットワークまたは光ファイバーネットワークが含まれる。
【０１３０】
また、ここに概説される様々な方法またはプロセスは、様々なオペレーティングシステムやプラットフォームのいずれかを用いる一つ以上のプロセッサーで実行可能であるソフトウェアとして符号化される。加えて、そのようなソフトウェアは、複数の適切なプログラム言語および／またはプログラム用もしくはスクリプト用ツールのいずれかを用いて書かれ、また、実行可能なマシン言語コードまたはフレームワークもしくは仮想マシンで実行される中間コードとしてコンパイルされる。
【０１３１】
これに関して、本発明の少なくとも一部は、一つ以上のコンピューターまたはその他のプロセッサーで実行されるとき、前述の本発明の様々な実施形態を実施する方法を実行する一つ以上のプログラムで符号化された、コンピューターで読み取り可能な媒体（または、コンピューターで読み取り可能な複数の媒体）（例えば、コンピューターメモリ、一つ以上の、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイもしくはその他の半導体装置における回路構成、またはその他の有形コンピューター記憶媒体）として実施される。コンピューターで読み取り可能な媒体は、そこに記憶されるプログラムを一つ以上の異なるコンピューターまたはその他のプロセッサーにロードして、前述した本発明を様々な構成で実施できるように輸送可能なものである。
【０１３２】
この点に関して、前述の実施形態の一つを実施すると、コンピュータープログラム（例えば、複数の命令）で符号化された少なくとも一つのコンピューターで読み取り可能な媒体を含んでおり、それは、プロセッサーで実行されるとき、これらの実施形態の前述した機能のいくつかまたはすべてを実施する。ここで用いられているように、「コンピューターで読み取り可能な媒体」という用語は、機械または製品（製造品）と考えられるコンピューターで読み取り可能な媒体のみを包含する。コンピューターで読み取り可能な媒体は、例えば、コンピューターで読み取り可能な情報が符号化され、もしくは記憶される有形の媒体、コンピューターで読み取り可能な情報が符号化され、もしくは記憶される記憶媒体、および／または、コンピューターで読み取り可能な情報が符号化され、もしくは記憶される一時的なものではない（non-transitory）媒体である。全部を網羅しないが、コンピューターで読み取り可能な媒体の他の例として、コンピューターメモリ（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリもしくはその他の種類のコンピューターメモリ）、磁気ディスクもしくはテープ、光ディスク、および／または、機械か製品であると考えられる他の種類のコンピューターで読み取り可能な媒体が含まれる。
【０１３３】
「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、前述の通り本発明の様々な構成を実施するために、コンピューターもしくはその他のプロセッサーをプログラムするのに用いられるある種のコンピューターコード、またはコンピューターで実行可能な命令を言及するために広い意味でここに用いられている。加えて、この実施形態の一つの構成によると、実行されると本発明の方法を実施する一つ以上のコンピュータープログラムは、単一のコンピューターまたはプロセッサーに含まれている必要はなく、本発明の様々な構成を実施するために、モジュールの形で複数の異なるコンピューターまたはプロセッサーに分配されていてもよいということが理解される。
【０１３４】
コンピューターで実行可能な命令は、一つ以上のコンピューターまたはその他のデバイスにより、プログラムモジュールのような多くの形で実行される。一般に、プログラムモジュールには、特定のタスクを実行するか特定の抽象データ型を実行するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等が含まれる。典型的には、プログラムモジュールの機能性は、様々な実施形態において、望まれるように組み合わされたり分配されたりする。
【０１３５】
ここで引用されるすべての特許、公報および参考文献の教示は、援用することによりそれらの全体が本明細書に組み入れられる。
【０１３６】
この発明は、実施形態を例示して、参照することで詳しく示され記述されているが、当業者には、添付した請求の範囲に包含される本発明の範囲を逸脱することなく、形式や詳細に様々な変更を加えてもよいことが理解される。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
極低温冷凍システムの熱交換器アレイを暖める方法であって、
前記熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めるために、前記冷凍システムにおける冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムの極低温冷却動作の間に使用される冷媒流回路から迂回させることと、
冷媒流の前記少なくとも一部を迂回させる間、前記冷凍システムのコンプッサーを通る冷媒質量流が過剰になるのを防ぐこととを含む方法。
［態様２］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、冷媒流の少なくとも一部を前記コンプレッサーから前記熱交換器アレイにおけるポイントへ迂回させることを含む態様１に記載の方法。
［態様３］
前記熱交換器アレイにおける前記ポイントが、前記熱交換器アレイにおける最も冷たい熱交換器の低圧入口を含む態様２に記載の方法。
［態様４］
前記熱交換器アレイにおける前記ポイントが、前記熱交換器アレイにおける二番目に冷たい熱交換器の低圧入口を含む態様２に記載の方法。
［態様５］
冷媒質量流が過剰になるのを前記防ぐことが、前記冷凍システムの膨張タンクおよび緩衝タンクの少なくとも一方に冷媒を蓄積できるようにする緩衝バルブを作動させることを含む態様１に記載の方法。
［態様６］
前記緩衝バルブを連続して作動させることを含む態様５に記載の方法。
［態様７］
前記緩衝バルブをパルス状に作動させることを含む態様５に記載の方法。
［態様８］
最小の吸込圧に達した後に前記緩衝バルブを作動させることを含む態様５に記載の方法。
［態様９］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムのコンデンサーの出口から、前記熱交換器アレイにおけるポイントへ迂回させることを含む態様１に記載の方法。
［態様１０］
迂回させられる前記冷媒流の前記少なくとも一部が、前記冷凍システムの極低温動作における最も冷たい熱交換器の温度よりも実質的に暖かい温度の冷媒を含む態様１に記載の方法。
［態様１１］
前記迂回させることにより、前記熱交換器アレイのすべてを暖める態様１に記載の方法。
［態様１２］
前記熱交換器アレイの前記少なくとも一部を、前記極低温範囲内の温度から、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、および少なくとも約３５℃からなるグループ内の温度に暖めることを含む態様１に記載の方法。
［態様１３］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、冷媒流の少なくとも一部を、前記熱交換器アレイにおける少なくとも一つの熱交換器の高圧側から、前記熱交換器アレイにおける別のポイントへ迂回させることを含む態様１に記載の方法。
［態様１４］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムにおける連続して用いられる少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させることを含み、前記少なくとも二つの暖め冷媒源が、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方である態様１に記載の方法。
［態様１５］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムにおける交互に連続して用いられる前記少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させることを含む態様１４に記載の方法。
［態様１６］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムにおける少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させることを含み、前記少なくとも二つの暖め冷媒源が、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方であり、
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、前記少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させられた流れを混合して、前記熱交換器アレイの前記少なくとも一部を暖めることを含む態様１に記載の方法。
［態様１７］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、前記熱交換器アレイの前記少なくとも一部を暖める間に、暖め冷媒の量を変えることを含む態様１に記載の方法。
［態様１８］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、冷媒流を、前記熱交換器アレイにおける二つ以上の位置へ迂回させることを含む態様１に記載の方法。
［態様１９］
冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、前記冷媒流の少なくとも一部を、前記コンプレッサーの出口から、供給ラインの入口へ迂回させることを含み、冷媒が、前記供給ラインからクライオコイルおよびクライオサーフェイスの少なくとも一方へ流れ、そこから戻りラインを通って前記熱交換器アレイの低圧側に戻る態様１に記載の方法。
［態様２０］
前記迂回させることが、前記戻りラインにおいて前記熱交換器アレイの前記低圧側に戻る前記冷媒の温度が前記戻りラインの高温設定点に達した後も、続けられる態様１９に記載の方法。
［態様２１］
前記高温設定点が、約−２０℃から約＋４０℃の範囲内の温度を含む態様２０に記載の方法。
［態様２２］
冷媒質量流が過剰になるのを前記防ぐことが、緩衝バルブを作動させて、前記冷媒流の前記少なくとも一部を前記迂回させることの間に、前記冷凍システムの膨張タンクおよび緩衝タンクの少なくとも一方に冷媒を蓄積できるようにすることを含む態様１９に記載の方法。
［態様２３］
前記緩衝バルブを連続して作動させることを含む態様２２に記載の方法。
［態様２４］
前記緩衝バルブをパルス状に作動させることを含む態様２２に記載の方法。
［態様２５］
前記戻りラインにおいて前記熱交換器アレイの前記低圧側に戻る前記冷媒の温度が前記戻りラインの高温設定点に達した後に、前記緩衝バルブを作動させることを含む態様２２に記載の方法。
［態様２６］
前記冷媒流の少なくとも一部を前記コンプレッサーの出口から供給ラインの入口へ迂回させることの間中、前記緩衝バルブを作動させることを含む態様２２に記載の方法。
［態様２７］
前記供給ラインの入口へ前記迂回させることが、前記戻りラインにおいて前記熱交換器アレイの前記低圧側に戻る前記冷媒の温度が前記戻りラインの高温設定点に達するまで、続けられ、その後、前記迂回させることが、冷媒流の少なくとも一部を前記コンプレッサーから前記熱交換器アレイにおけるポイントへ迂回させることを含む態様１９に記載の方法。
［態様２８］
冷媒流の少なくとも一部を前記コンプレッサーから前記熱交換器アレイにおけるポイントへ迂回させるのに先立って、凍結防止回路および温度制御回路の少なくとも一方を用いて前記熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めることを含む態様１に記載の方法。
［態様２９］
冷媒流の少なくとも一部を前記迂回させることが、前記熱交換器アレイの少なくとも一つの内部絞り弁が生み出す冷却効果を超えるのに十分な冷媒流を迂回させ、それによって前記熱交換器アレイを暖めることを含む態様１に記載の方法。
［態様３０］
前記熱交換器アレイを暖める少なくとも一部の間、前記熱交換器アレイの少なくとも一つの内部絞り弁を少なくとも部分的に閉じることを含む態様１に記載の方法。
［態様３１］
前記熱交換器アレイを暖める少なくとも一部の間、前記冷凍システムのコンデンサーへの流入またはそこからの流出を少なくとも部分的に遮断することを含む態様１に記載の方法。
［態様３２］
前記熱交換器アレイを暖める少なくとも一部の間、前記冷凍システムの膨張タンクへの吸込側接続を閉じることを含む態様１に記載の方法。
［態様３３］
前記迂回させられた冷媒流が向かう、前記熱交換器アレイにおける位置を制御することを含む態様１に記載の方法。
［態様３４］
前記熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めることによって、バランス圧チェックが可能となり、そのとき、極低温での動作における前記冷媒流の前記少なくとも一部を前記迂回させることの始めから、６時間未満、４時間未満、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、１５分未満、および５分未満の少なくとも一つの時間だけ前記システムの高圧と前記システムの低圧とが等しい態様１に記載の方法。
［態様３５］
前記バランス圧チェックで達する前記システムの前記高圧および前記システムの前記低圧が、前記システムの自然なバランス圧の５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、および３０ｐｓｉの少なくとも一つ以内である態様３４に記載の方法。
［態様３６］
前記方法が、前記熱交換器アレイを暖めるために前記冷凍システムの外部の機器を使うことのない態様１に記載の方法。
［態様３７］
前記冷凍システムが混合冷凍システムを含み、前記冷媒が二つ以上の冷媒の混合物を含み、前記二つ以上の冷媒において、最も高温で沸騰する成分から最も低温で沸騰する成分までの標準沸点の差が、少なくとも５０Ｋ、少なくとも１００Ｋ、少なくとも１５０Ｋ、および少なくとも２００Ｋの少なくとも一つである態様１に記載の方法。
［態様３８］
前記冷凍システムが、コンプレッサーと、コンデンサーおよび過熱低減熱交換器の少なくとも一方と、前記熱交換器アレイと、少なくとも一つの絞り弁デバイスと、蒸発器とを含む態様３７に記載の方法。
［態様３９］
前記冷凍システムが、少なくとも一つの相分離器を含む態様３８に記載の方法。
［態様４０］
前記方法が、前記蒸発器が暖められる前記冷凍システムの解凍モード動作の少なくとも一部の間に実施され、前記冷凍システムがさらに、前記蒸発器が冷却される冷却モードおよび冷媒が前記蒸発器に供給されない待機モードにおいて、作動する態様３７に記載の方法。
［態様４１］
前記熱交換器アレイの前記少なくとも一部を暖めるのを、前記熱交換器アレイにおける少なくとも一つの位置の少なくとも一つのセンサーで設定点の温度に達すると、停止することを含む態様１に記載の方法。
［態様４２］
前記熱交換器アレイの一つの熱交換器への吐出入口、前記熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吐出出口、前記熱交換器アレイの一つの熱交換器への吸込入口、および前記熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吸込出口の少なくとも一つに、少なくとも一つのセンサーが位置する態様４１に記載の方法。
［態様４３］
冷媒質量流が過剰になるのを前記防ぐことが、前記コンプレッサーへの入口で冷媒流を調整することを含む態様１に記載の方法。
［態様４４］
前記コンプレッサーへの前記入口で冷媒流を前記調整することが、クランクケース圧調整バルブを用いることを含む態様１に記載の方法。
［態様４５］
冷媒質量流が過剰になるのを前記防ぐことが、前記コンプレッサーに変速駆動装置を適用することを含む態様１に記載の方法。
［態様４６］
冷媒質量流が過剰になるのを前記防ぐことが、前記コンプレッサーの少なくとも一つのシリンダーへの質量流を遮断することを含み、前記コンプレッサーが往復運動型のコンプレッサーである態様１に記載の方法。
［態様４７］
冷媒質量流が過剰になるのを前記防ぐことが、前記コンプレッサーの少なくとも二つのスクロールを互いから分離することを含み、前記コンプレッサーがスクロール型のコンプレッサーである態様１に記載の方法。
［態様４８］
冷媒質量流が過剰になるのを前記防ぐことが、質量流を低減することまたは前記冷凍システムの複数のコンプレッサーの少なくとも一つの動作を削減することを含む態様１に記載の方法。
［態様４９］
暖めシステムを含む極低温冷凍システムであって、
熱交換器アレイと、
前記冷凍システムにおける冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムの極低温冷却動作の間に用いられる冷媒流回路から、前記熱交換器アレイにおける位置へ迂回させて、前記熱交換器アレイの少なくとも一部を暖める分流加減器とを含み、
前記分流加減器が、
前記コンプレッサーから前記熱交換器アレイにおけるポイントへの分流加減器、
前記冷凍システムのコンデンサーの出口から前記熱交換器アレイにおけるポイントへの分流加減器、および
前記熱交換器アレイにおける少なくとも一つの熱交換器の高圧側から前記熱交換器アレイにおける別のポイントへの分流加減器の少なくとも一つを含む冷凍システム。
［態様５０］
前記熱交換器アレイにおける前記ポイントが、前記熱交換器アレイにおける最も冷たい熱交換器の低圧入口を含む態様４９に記載のシステム。
［態様５１］
前記熱交換器アレイにおける前記ポイントが、前記熱交換器アレイにおける二番目に冷たい熱交換器の低圧入口を含む態様４９に記載のシステム。
［態様５２］
前記コンプレッサーを通る冷媒質量流が過剰になるのを防ぐデバイスをさらに含む態様４９に記載のシステム。
［態様５３］
冷媒質量流が過剰になるのを防ぐ前記デバイスが、前記冷凍システムの膨張タンクと緩衝タンクの少なくとも一方に冷媒を蓄積できるようにする緩衝バルブを含む態様５２に記載のシステム。
［態様５４］
前記緩衝バルブが連続して作動する態様５３に記載のシステム。
［態様５５］
前記緩衝バルブがパルス状に作動する態様５３に記載のシステム。
［態様５６］
前記緩衝バルブが最小の吸込圧に達した後に作動する態様５３に記載のシステム。
［態様５７］
冷媒質量流が過剰になるのを防ぐ前記デバイスが、前記コンプレッサーへの入口で冷媒流を調整する調整器を含む態様４９に記載のシステム。
［態様５８］
前記調整器がクランクケース圧調整バルブを含む態様５７に記載のシステム。
［態様５９］
冷媒質量流が過剰になるのを防ぐ前記デバイスが、前記コンプレッサーの変速駆動装置を含む態様４９に記載のシステム。
［態様６０］
冷媒質量流が過剰になるのを防ぐ前記デバイスが、前記コンプレッサーの少なくとも一つのシリンダーへの質量流を遮断するシリンダーアンローダーを含み、前記コンプレッサーが往復運動型のコンプレッサーである態様４９に記載のシステム。
［態様６１］
冷媒質量流が過剰になるのを防ぐ前記デバイスが、前記コンプレッサーの少なくとも二つのスクロールを互いから分離するデバイスを含み、前記コンプレッサーがスクロール型のコンプレッサーである態様４９に記載のシステム。
［態様６２］
冷媒質量流が過剰になるのを防ぐ前記デバイスが、質量流を低減するか、または前記冷凍システムの複数のコンプレッサーの少なくとも一つのコンプレッサーの動作を削減するデバイスを含む態様４９に記載のシステム。
［態様６３］
前記分流加減器が、前記冷凍システムの極低温動作における最も冷たい熱交換器の温度よりも実質的に暖かい温度の冷媒を迂回させる態様４９に記載のシステム。
［態様６４］
前記分流加減器が、前記熱交換器アレイのすべてを暖める態様４９に記載のシステム。
［態様６５］
前記分流加減器が、前記熱交換器アレイの前記少なくとも一部を、前記極低温範囲内の温度から、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、および少なくとも約３５℃からなるグループ内の温度に暖める態様４９に記載のシステム。
［態様６６］
前記分流加減器が、冷媒流を、前記冷凍システムにおける連続して用いられる少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させ、前記少なくとも二つの暖め冷媒源が、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方である態様４９に記載のシステム。
［態様６７］
前記分流加減器が、冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムにおける交互に連続して用いられる前記少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させる態様６６に記載のシステム。
［態様６８］
前記分流加減器が、冷媒流の少なくとも一部を、前記冷凍システムにおける少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させ、前記少なくとも二つの暖め冷媒源が、（ｉ）温度が互いに異なっているか、（ｉｉ）冷媒組成が互いに異なっているか、の少なくとも一方であり、
前記分流加減器が、前記少なくとも二つの暖め冷媒源から迂回させられた流れを混合して、前記熱交換器アレイの前記少なくとも一部を暖める態様４９に記載のシステム。
［態様６９］
前記分流加減器が、前記熱交換器アレイの前記少なくとも一部を暖める間に、様々な量の暖め冷媒を供給する態様４９に記載のシステム。
［態様７０］
前記分流加減器が、冷媒流を、前記熱交換器アレイにおける二つ以上の位置へ迂回させる態様４９に記載のシステム。
［態様７１］
前記熱交換器アレイにおいて少なくとも一つの内部絞り弁をさらに含む態様４９に記載のシステム。
［態様７２］
前記内部絞り弁の少なくとも一つが、その内部絞り弁を前記分流加減器の動作の間少なくとも部分的に閉じるデバイスを含む態様７１に記載のシステム。
［態様７３］
前記分流加減器の動作の間、前記システムのコンデンサーへの流入またはそこからの流出を少なくとも部分的に遮断するデバイスをさらに含む態様４９に記載のシステム。
［態様７４］
前記熱交換器アレイを暖める少なくとも一部の間、前記冷凍システムの膨張タンクへの吸込側接続を閉じるデバイスを含む態様４９に記載のシステム。
［態様７５］
前記迂回させられた冷媒流が向かう、前記熱交換器アレイにおける位置を制御するバルブを含む態様４９に記載のシステム。
［態様７６］
前記分流加減器によって前記熱交換器アレイの少なくとも一部を暖めることによって、バランス圧チェックが可能となり、そのとき、極低温での動作における前記冷媒流の前記少なくとも一部を迂回させる始めから、６時間未満、４時間未満、３時間未満、２時間未満、１時間未満、３０分未満、１５分未満、および５分未満の少なくとも一つの時間だけ前記システムの高圧と前記システムの低圧とが等しい態様４９に記載のシステム。
［態様７７］
前記バランス圧チェックで達する前記システムの前記高圧および前記システムの前記低圧が、前記システムの自然なバランス圧の５ｐｓｉ、１０ｐｓｉ、２０ｐｓｉ、および３０ｐｓｉの少なくとも一つ以内である態様７６に記載のシステム。
［態様７８］
前記システムが、前記熱交換器アレイを暖めるために前記冷凍システムの外部に機器を含んでいない態様４９に記載のシステム。
［態様７９］
前記冷凍システムが混合冷凍システムを含み、前記冷媒が二つ以上の冷媒の混合物を含み、前記二つ以上の冷媒において、最も高温で沸騰する成分から最も低温で沸騰する成分までの標準沸点の差が、少なくとも５０Ｋ、少なくとも１００Ｋ、少なくとも１５０Ｋ、および少なくとも２００Ｋの少なくとも一つである態様４９に記載のシステム。
［態様８０］
前記冷凍システムが、コンプレッサーと、コンデンサーおよび過熱低減熱交換器の少なくとも一方と、前記熱交換器アレイと、少なくとも一つの絞り弁デバイスと、蒸発器とを含む態様７９に記載のシステム。
［態様８１］
前記冷凍システムが、少なくとも一つの相分離器を含む態様８０に記載のシステム。
［態様８２］
前記冷凍システムによって、前記蒸発器が暖められる解凍モード動作、前記蒸発器が冷却される冷却モード動作、および冷媒が前記蒸発器に供給されない待機モードが可能である態様７９に記載のシステム。
［態様８３］
前記熱交換器アレイにおける少なくとも一つの位置に少なくとも一つのセンサーを含み、少なくとも一つのセンサーで設定点の温度に達すると、前記分流加減器の動作を停止する制御回路を含む態様４９に記載のシステム。
［態様８４］
前記熱交換器アレイの一つの熱交換器への吐出入口、前記熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吐出出口、前記熱交換器アレイの一つの熱交換器への吸込入口、および前記熱交換器アレイの一つの熱交換器からの吸込出口の少なくとも一つに、少なくとも一つのセンサーが位置する態様８３に記載のシステム。
［態様８５］
前記コンプレッサーの出口から供給ラインの入口まで熱ガス解凍回路をさらに含み、冷媒が、前記供給ラインからクライオコイルおよびクライオサーフェイスの少なくとも一方へ流れ、そこから戻りラインを通って前記熱交換器アレイの低圧側に戻る態様４９に記載のシステム。
［態様８６］
凍結防止回路および温度制御回路の少なくとも一方をさらに含む態様４９に記載のシステム。
［態様８７］
極低温冷凍システムを作動させる方法であって、
ろう付け板熱交換器の少なくとも一つの流路に下向きに冷媒流を流し、前記下向きに流れる冷媒流の速度が、前記極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速０．１メートルに保たれていることと、
前記ろう付け板熱交換器のさらに少なくとも一つの流路に上向きに冷媒流を流し、前記上向きに流れる冷媒流の速度が、前記極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速１メートルに保たれていることとを含む方法。
［態様８８］
前記下向きに流れる冷媒流が、前記極低温冷凍システムの高圧流を含み、前記上向きに流れる冷媒流が、前記極低温冷凍システムの低圧流を含む態様８７に記載の方法。
［態様８９］
前記ろう付け板熱交換器のヘッダーが、前記ヘッダーを流れる冷媒の液体および気体留分を分配する挿入物を含む態様８７に記載の方法。
［態様９０］
吸込ライン蓄熱器を用いて、前記極低温冷凍システムの最も暖かい熱交換器を出る低圧冷媒流から液体冷媒を分離することをさらに含む態様８７に記載の方法。
［態様９１］
前記極低温冷媒システムが、冷凍負荷コンプレッサーを含む態様８７に記載の方法。
［態様９２］
前記コンプレッサーが、往復運動コンプレッサーを含む態様９１に記載の方法。
［態様９３］
前記コンプレッサーが、半密閉コンプレッサーを含む態様９２に記載の方法。
［態様９４］
前記上向きに流れる冷媒流の速度が、前記極低温冷凍システムの冷却動作の間、少なくとも秒速２メートルに保たれる態様８７に記載の方法。
［態様９５］
前記システムにおける最も冷たい熱交換器が、１７インチ以上４８インチ未満の長さを有する態様８７に記載の方法。
［態様９６］
前記システムにおける最も冷たい二つの熱交換器が、それぞれ、１７インチ以上４８インチ未満の長さを有する態様９５に記載の方法。
［態様９７］
前記システムにおける最も冷たい三つの熱交換器が、それぞれ、１７インチ以上４８インチ未満の長さを有する態様９５に記載の方法。
［態様９８］
前記システムにおける少なくとも一つの熱交換器が、約２．５インチから約３．５インチまでの幅を有し、約１７インチと約２４インチの間の長さを有する態様８７に記載の方法。
［態様９９］
前記システムにおける少なくとも一つの熱交換器が、約４．５インチから約５．５インチまでの幅を有し、約１７インチと約２４インチの間の長さを有する態様８７に記載の方法。
［態様１００］
混合ガス冷媒を用いる極低温冷凍システムの消費電力を低減する方法であって、
前記極低温冷凍システムがいつ過剰冷却能力を有するかを判断することと、
前記極低温冷凍システムのコンプレッサーの消費電力を低減し、その間なおも、必要な量の冷却能力を負荷に供給することとを含み、
前記消費電力を低減することが、（ｉ）前記コンプレッサーのシリンダーアンローダーを作動させること、（ｉｉ）前記コンプレッサーのモーター速度を変えること、（ｉｉｉ）スクロールコンプレッサーのスクロール間隔を変えること、および（ｉｖ）前記極低温システムが二つ以上のコンプレッサーを並列に含む場合、前記二つ以上のコンプレッサーの第一のコンプレッサーを作動状態に保ち、その間、前記二つ以上のコンプレッサーの第二のコンプレッサーを停止させるか、または前記第二のコンプレッサーを低減した変位で作動させることからなるグループから選択されるステップの少なくとも一つを含む方法。
［態様１０１］
前記極低温冷凍システムがいつ過剰冷却能力を有するかを判断することが、前記負荷からの戻り温度が、所定の最低温度よりも所定の温度差を超えて冷たいか否かを判断することを含む態様１００に記載の方法。
［態様１０２］
前記極低温冷凍システムがいつ過剰冷却能力を有するかを判断することが、冷却バルブが開いている時間の割合を監視し、前記時間の割合を所定の割合と比較することを含む態様１００に記載の方法。
［態様１０３］
前記極低温冷凍システムがいつ過剰冷却能力を有するかを判断することが、温度制御バルブが開いている時間の割合を監視し、前記時間の割合を所定の割合と比較することを含む態様１００に記載の方法。
［態様１０４］
前記極低温システムがいつ過剰冷却能力を有するかを判断することが、比例バルブが開いている量を測定することを含む態様１００に記載の方法。
【図１】
2019066179.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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