(57)【要約】【課題】信頼性を向上させるとともに、要求される仕様に対して最適な冷凍能力を有する冷凍装置を提供する。【解決手段】第１，第２パルスチューブ冷凍機２０，３０のそれぞれの第１冷却端２３，第２冷却端３３を熱的に接続し、演算制御手段１２がこれら第１，第２パルスチューブ冷凍機２０，３０を並列に駆動するように稼働制御し、第１冷却端２３，第２冷却端３３を冷却する構成を採用した。これにより、信頼性の向上・冷却能力の向上を実現する冷凍装置とすることができる。【選択図】  図１
2004317048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ台（ｎは二以上の自然数である）の冷凍機と、
これらｎ台の冷凍機と熱的に接続した冷却端と、
冷却端および／または冷却対象の温度計測を行って温度信号を出力する温度計測手段と、
温度計測手段からの温度信号に基づいて算出した温度に応じて制御する演算制御手段と、
演算制御手段と電気的に接続したｎ台の駆動手段と、
を備え、
１台の冷凍機に１台の駆動手段をそれぞれ電気的に接続してｎ台の冷凍機を稼働できるようにし、演算制御手段からの出力に応じてｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
前記冷却対象の目標冷却温度について温度設定を行う温度設定手段を備え、
前記演算制御手段は冷却対象が目標冷却温度を維持するようにｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
ｎ台（ｎは二以上の自然数である）の冷凍機と、
これらｎ台の冷凍機と熱的に接続した冷却端と、
冷却端および／または冷却対象の温度計測を行って温度信号を出力する温度計測手段と、
温度計測手段からの温度信号に基づいて算出した温度に応じて制御する温度調節計と、
この温度調節計からの出力電流信号を入力電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換手段と、
Ｉ−Ｖ変換手段と電気的に接続し、それぞれが入力電圧信号を入力するｎ台の駆動手段と、
を備え、
１台の冷凍機に１台の駆動手段をそれぞれ電気的に接続してｎ台の冷凍機を稼働できるようにし、演算制御手段からの出力に応じてｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項３に記載の冷凍装置において、
前記温度調節計は、前記冷却対象の目標冷却温度について温度設定を行う機能を有し、冷却対象が目標冷却温度を維持するようにｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の冷凍装置において、
前記冷凍機は、圧縮機とパルスチューブ膨張機とを備えるパルスチューブ型冷凍機であり、前記冷却端はこのパルスチューブ膨張機に含まれることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項５に記載の冷凍装置において、
前記圧縮機は、
ピストンおよびこのピストンを往復動させる駆動部を含むリニアモータと、
リニアモータが内部に収容されるシリンダと、
を備え、
シリンダの内部でピストンを往復動させて圧縮空間を区画形成し、この圧縮空間内の流体を周期的に圧縮する振動型圧縮機であることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却対象を冷却するための冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来技術の冷凍装置の構成について図を参照しつつ概略を説明する。図５は従来技術の冷凍装置１０００の構成図である。
この冷凍装置１０００は、コントローラ１００、パルスチューブ冷凍機２００、温度計測手段３００を備えている。
【０００３】
コントローラ１００は、詳しくは、温度設定手段１０１、演算制御手段１０２、駆動手段１０３を備えている。
パルスチューブ冷凍機２００は、詳しくは、パルスチューブ膨張機２１０、振動型圧縮機（リニアコンプレッサ）２２０を備えている。
【０００４】
さらにパルスチューブ膨張機２１０は、蓄冷器２１１、冷却端２１２、パルスチューブ２１３、高温端２１４、イナータンスチューブ２１５を備えている。
また、振動型圧縮機２２０は、単相ボイスコイルリニアモータ（以下、単にリニアモータという。）２２１，２２２、ピストン２２３，２２４、シリンダ２２５を備えている。
【０００５】
続いて、このような冷凍装置１０００の動作について説明する。
なお、冷凍装置１０００の冷却端２１２には、図示しない冷却対象が熱的に接続され、この冷却対象が目標冷却温度となるように冷凍装置１０００は温度制御を行うものとする。
【０００６】
まず、温度設定手段１０１を介して、冷却対象の目標冷却温度を入力して温度設定する。演算制御手段１０２は、このような温度設定手段１０１の操作の後、目標冷却温度データを記憶する。このような状態で冷却運転を開始する。
【０００７】
温度計測手段３００は、冷却端２１２の温度を表す温度信号を、接続されている演算制御手段１０２へ出力する。演算制御手段１０２は入力される温度信号を内蔵するＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりディジタルデータに変換し、校正を経て温度データとして図示しないメモリなどに一時的に記憶する。演算制御手段１０２は、目標冷却温度データと温度データとが一致するようにパルスチューブ冷凍機２００の温度制御を行う。
【０００８】
具体的には、駆動手段１０３が振動型圧縮機２２０のリニアモータ２２１，２２２に駆動信号を送り、ピストン２２３，２２４が図５の左右方向に振動してピストン２２５内の中央の圧縮空間内の気体を圧縮・膨張させる。
詳細は後述するが、パルスチューブ膨張機２１０と振動型圧縮機２２０との間でスターリングサイクルが形成され、冷却端２１２が冷却される。
【０００９】
このようにして冷却端２１２が冷却されて目標冷却温度に到達したとき、この演算制御手段１０２は、温度計測手段３００を介して取得した温度データが目標冷却温度データと一致すると判断し、継続的な冷却に代えて、例えば、定期的に振動型圧縮機２２０の駆動・停止を交互に行って冷却端２１２の温度を冷却目標温度を中心に温度上昇・下降を繰り返す制御を行って温度を一定に維持するようにしている。
従来技術の冷凍装置１０００はこのようなものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
振動型圧縮機２２０や冷凍装置１０００の一般的な使用では、外部からの振動による故障・電気回路の故障・機械装置の故障をそれぞれ考慮した設計を行い、仕様通りの稼働期間保証を実現している。
また、振動型圧縮機２２０の故障率を考慮して冷凍装置１０００の設計を行い、さらにこの冷凍装置１０００を組み込んだ上位システムの設計を行っている。
【００１１】
例えば、外部からの振動を考慮した振動型圧縮機２２０の設計の具体例を挙げる。振動型圧縮機２２０では、外部からの振動などによりピストン２２３，２２４が位置ずれを起し、シリンダ２２５とピストン２２３（またはピストン２２４）とが衝突して停止する事故が発生するおそれがあった。
そこで、振動型圧縮機２２０では、一般的には、シリンダ２２５とピストン２２３（または２２４）とのクリアランス（隙間）を確保して衝突防止を図り、故障が発生するおそれを低減されるような設計を行っていた。
【００１２】
さらに、電気回路の故障を考慮した冷凍装置１０００の設計の具体例としては、例えば、冷凍装置１０００の駆動系電子部品（温度設定手段１０１，演算制御手段１０２，駆動手段１０３等）の寿命を十分にとり、可動不能とならないような設計を実施していた。
このようにすることで、従来技術では冷凍装置１０００（特に可動部を有する振動型圧縮機２２０）において機械的・電気的な故障が発生しないようにして信頼性を高めていた。
【００１３】
しかしながら、このような配慮にも拘わらず、振動型圧縮機２２０や冷凍装置１０００の故障発生のおそれは完全に排除できない。また、機械装置では一般的にいえることではあるが、可動機構部を有する振動型圧縮機２２０では多数の部品を利用しており、部品数増大につれて故障発生のおそれが高まる。
そこで冷凍装置１０００は、一般的な用途では、ある程度の故障発生は許容し、保守・管理で対処していた。
【００１４】
しかしながら、特殊な用途、例えば、移動体通信の基地局の超伝導フィルタ冷却用途やロケット搭載用途などでは、事情が異なっていた。
超伝導フィルタ冷却に使用されたり、また、ロケットに搭載される冷凍装置は、冷却できないような事態が発生しないこと、つまり著しく高い信頼性が求められており、このため、冷凍装置（特に振動型圧縮機）の故障率が極めて小さいことが要求される。この様な場合に通常の設計手法で冷凍装置（特に振動型圧縮機）の寿命の長寿化や信頼性の向上を実現しようとするとコストが非常に上がってしまったり、技術的に不可能である場合もある。
そこで、新しい設計手法により冷凍装置の信頼性を向上させたいという第一の要請があった。
【００１５】
また、冷凍装置に要求される冷却可能温度と冷却能力とに応じて振動型圧縮機・パルスチューブ膨張機のサイズが決定される。つまり、要求される冷却可能温度と冷却能力とに対応するように機械的・電気的に振動型圧縮機および冷凍装置の全体設計を逐次行う必要があり、注文後直ちに入手できない場合もあった。
【００１６】
そこで、多用な要求に対応するため、様々な冷却可能温度と冷却能力とに対応する多数バリエーションの振動型圧縮機・冷凍機・冷凍装置を予め開発しておき、製品ラインアップを充実させることが考えられる。しかし、このような振動型圧縮機・冷凍機・冷凍装置は多品種小量生産されるものとなり製造コストの低減が困難であった。
【００１７】
また、バリエーションを減らすならば、具体的用途に対してオーバスペック（過剰能力・過剰品質）ではあるが、広範囲な冷却可能温度と冷却能力をカバーするような振動型圧縮機・冷凍機・冷凍装置とすれば良い。しかし、このような振動型圧縮機・冷凍機・冷凍装置は、大量生産が可能となってこの点では製造コストの低減は可能であるが、オーバスペックの冷凍装置自体が高価なものとなり、コスト低減が十分ではないという問題があった。
このような構造・設計・性能の変更を不要とし、かつ多様かつ広範囲な冷却可能温度と冷却能力とに対応できるような冷凍装置にしたいという第二の要請があった。
【００１８】
そこで本発明は、上記した問題点を解決しようとするものであり、その目的は、信頼性を向上させるとともに、要求される仕様に対して最適な冷凍能力を有するような冷凍装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、
ｎ台（ｎは二以上の自然数である）の冷凍機と、
これらｎ台の冷凍機と熱的に接続した冷却端と、
冷却端および／または冷却対象の温度計測を行って温度信号を出力する温度計測手段と、
温度計測手段からの温度信号に基づいて算出した温度に応じて制御する演算制御手段と、
演算制御手段と電気的に接続したｎ台の駆動手段と、
を備え、
１台の冷凍機に１台の駆動手段をそれぞれ電気的に接続してｎ台の冷凍機を稼働できるようにし、演算制御手段からの出力に応じてｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明では、
請求項１に記載の冷凍装置において、
前記冷却対象の目標冷却温度について温度設定を行う温度設定手段を備え、
前記演算制御手段は冷却対象が目標冷却温度を維持するようにｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明では、
ｎ台（ｎは二以上の自然数である）の冷凍機と、
これらｎ台の冷凍機と熱的に接続した冷却端と、
冷却端および／または冷却対象の温度計測を行って温度信号を出力する温度計測手段と、
温度計測手段からの温度信号に基づいて算出した温度に応じて制御する温度調節計と、
この温度調節計からの出力電流信号を入力電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換手段と、
Ｉ−Ｖ変換手段と電気的に接続し、それぞれが入力電圧信号を入力するｎ台の駆動手段と、
を備え、
１台の冷凍機に１台の駆動手段をそれぞれ電気的に接続してｎ台の冷凍機を稼働できるようにし、演算制御手段からの出力に応じてｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明では、
請求項３に記載の冷凍装置において、
前記温度調節計は、前記冷却対象の目標冷却温度について温度設定を行う機能を有し、冷却対象が目標冷却温度を維持するようにｎ台の冷凍機を稼働制御することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明では、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の冷凍装置において、
前記冷凍機は、圧縮機とパルスチューブ膨張機とを備えるパルスチューブ型冷凍機であり、前記冷却端はこのパルスチューブ膨張機に含まれることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明では、
請求項５に記載の冷凍装置において、
前記圧縮機は、
ピストンおよびこのピストンを往復動させる駆動部を含むリニアモータと、
リニアモータが内部に収容されるシリンダと、
を備え、
シリンダの内部でピストンを往復動させて圧縮空間を区画形成し、この圧縮空間内の流体を周期的に圧縮する振動型圧縮機であることを特徴とする。
【００２５】
【作用】
冷却端を熱的に共通にしたｎ（２以上）台の冷凍機を有する構成を採用することで、１台の冷凍機が故障した場合でも他の冷凍機が稼働して運転を続けることができる。
また、小型で汎用品である冷凍機を複数台組み合わせることで任意の能力の冷凍装置とすることが可能となる。また、能力に応じた製品のラインアップが容易となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
続いて本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は本実施形態の冷凍装置１の構成図、図２は振動型圧縮機２１および第１駆動手段１３の構成図である。なお、従来技術と重複する説明もあるが、説明をわかりやすくするため、再度説明する。
冷凍装置１は、図１で示すように、コントローラ１０と、第１パルスチューブ冷凍機２０と、第２パルスチューブ冷凍機３０と、温度計測手段４０と、を備えている。
【００２７】
コントローラ１０は、温度設定手段１１、演算制御手段１２、第１駆動手段１３、第２駆動手段１４を備えている。
第１パルスチューブ冷凍機２０は、振動型圧縮機（リニアコンプレッサ）２１、蓄冷機２２、第１冷却端２３、膨張部２４を備え、振動型圧縮機２１は、リニアモータ２１ａ，２１ｂ、ピストン２１ｃ，２１ｄ、シリンダ２１ｅを備えている。なお、膨張部２４は、図５で示したようなパルスチューブ２１３、高温端２１４、イナータンスチューブ２１５を一括したものである。
【００２８】
第２パルスチューブ冷凍機３０は、振動型圧縮機（リニアコンプレッサ）３１、蓄冷機３２、第２冷却端３３、膨張部３４を備え、振動型圧縮機３１は、リニアモータ３１ａ，３１ｂ、ピストン３１ｃ，３１ｄ、シリンダ３１ｅを備えている。この膨張部３４も、図５で示したようなパルスチューブ２１３、高温端２１４、イナータンスチューブ２１５を一括したものである。
【００２９】
このような冷凍装置１は、第１パルスチューブ冷凍機２０の第１冷却端２３および第２パルスチューブ冷凍機３０の第２冷却端３３を熱的に接続して一体にした冷却端（本発明の冷却端の具体例である）を構成し、そしてこのような第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度に応じて、第１パルスチューブ冷凍機２０が第１冷却端２３を、および、第２パルスチューブ冷凍機３０が第２冷却端３３をそれぞれ冷却するというものである。
【００３０】
続いて本実施形態による冷凍装置１の動作について説明する。
なお、冷凍装置１の第１冷却端２３および第２冷却端３３には、例えば図４（ａ），（ｂ）で示すような冷却対象６０が熱的に接続され、この冷却対象６０が目標冷却温度となるように冷凍装置１は温度制御を行うものとする。
【００３１】
まず、温度設定手段１１を操作し、冷却対象の目標冷却温度を設定する。この温度設定手段１１とは、例えば、図示しない表示部を確認しながら数値入力を行う装置スイッチ、または、別途設置され、目標冷却温度データを通信により出力するＰＣ（パーソナルコンピュータ）・制御端末などの装置である。
例えばマイコン・ＰＣ・ＣＰＵなどの演算制御手段１２は、このような温度設定手段１１の操作の後、目標冷却温度データを図示しないメモリに一時的に記憶する。
【００３２】
続いて、冷凍装置１を稼働させる。
演算制御手段１２は、接続されている温度計測手段４０から温度信号を読み込む。この温度計測手段４０は、例えば熱電対などの温度センサであり、第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度に応じた温度信号を出力する。演算制御手段１２は入力される温度信号を内蔵するＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりディジタルデータに変換し、校正を経て温度データとして記憶する。
【００３３】
演算制御手段１２は、目標冷却温度データと温度データとが一致するように温度制御を行う。この場合の温度制御は、古典制御理論に基づくＰＩＤ制御や現代制御理論に基づく制御などをリアルタイムで実施している。
温度制御を行うため、演算制御手段１２は、第１駆動手段１３および第２駆動手段１４へ制御信号を出力する。
【００３４】
以下、第１駆動手段１３および第１パルスチューブ冷凍機２０の動作は、第２駆動手段１４および第２パルスチューブ冷凍機３０の動作と同じであるため、第１駆動手段１３および第１パルスチューブ冷凍機２０の動作を詳細に説明し、第２駆動手段１４および第２パルスチューブ冷凍機３０の動作は簡略な説明に止める。
【００３５】
さて、演算制御手段１２は、具体的には制御信号を第１駆動手段１３へ出力する。図２で示すように、第１駆動手段１３は、例えば、直流電源１３ａと、電力変換器として半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有する単相インバータ１３ｂと、を備えている。直流電源１３ａに接続された単相インバータ１３ｂにより、所望の周波数及び振幅の単相交流電圧指令値に変換され、リニアモータ２１ａ，２１ｂに供給される。
【００３６】
この振動型圧縮機２１において、シリンダ２１ｅにはリニアモータ２１ａ，２１ｂが固定されている。これらリニアモータ２１ａ，２１ｂは、弾性部材により弾性支持されかつ駆動用磁石が固定されている可動部（図示せず）と、電流が供給される駆動コイル（図示せず）とを備えている。この可動部には、それぞれピストン２１ｃ，２１ｄが固定され、駆動コイルに電流が流れて発生する電磁力と駆動用磁石の磁力との吸引力・反発力により、シリンダ２１ｅ内で往復動するようになされている。
【００３７】
このような各リニアモータ２１ａ，２１ｂの可動部にそれぞれ固定されたピストン２１ｃ，２１ｂは、単相インバータ１３ｂが出力する単相交流電圧指令値の周波数に応じて図２の左右方向（ｘ方向）に往復運動を行い、シリンダ２１ｅの中央の圧縮区画内の気体に対して圧縮と膨張とを交互に行う。
【００３８】
図１に戻るが、この第１パルスチューブ冷凍機２００は、ヘリウムガスを冷媒ガスとしたクローズドタイプの冷凍機であり、蓄冷器２２，第１冷却端２３，膨張部２４からなるパルスチューブ膨張機と、振動型圧縮機２１と、の間で形成されるスターリングサイクルにより第１冷却端２３が冷却されるように構成されている。通常のスターリング型冷凍機では膨張機がピストンとシリンダとにより機械的に構成されるが、第１パルスチューブ冷凍機２０は可動部がなく、膨張部２４に含まれるパルスチューブ（図５参照）内のガスがピストンとしての役割（ガスピストン）を担っている。
同様な動作が第２駆動手段１４、第２パルスチューブ冷凍機３０との間でも行われ、第２冷却端３３が冷却される。
【００３９】
このようにして２台の第１パルスチューブ冷凍機２０と第２パルスチューブ冷凍機３０との稼働制御を行うが、この稼働制御は各種可能である。
例えば、第１パルスチューブ冷凍機２０と第２パルスチューブ冷凍機３０がそれぞれ冷却能力３Ｗ有する場合であって、冷却対象を２Ｗ冷却する必要があるときには、一方（例えば第１パルスチューブ冷凍機２０）の冷凍機が故障した場合でも、他方（例えば第２パルスチューブ冷凍機３０）の冷凍機で目標の能力を達成することが可能であり、このような稼働制御が可能である。
【００４０】
また、第１パルスチューブ冷凍機２０と第２パルスチューブ冷凍機３０がそれぞれ冷却能力３Ｗ有する場合であって、冷却対象を４Ｗ冷却する必要があるときには、第１パルスチューブ冷凍機２０と第２パルスチューブ冷凍機３０とが共に２Ｗ冷却したり、さらには一方（例えば第１パルスチューブ冷凍機２０）の冷凍機が３Ｗ冷却し、他方（例えば第２パルスチューブ冷凍機３０）の冷凍機が１Ｗ冷却するということが可能であり、このような稼働制御が可能である。
【００４１】
また、故障を前提として考えないものとすれば、第１パルスチューブ冷凍機２０と第２パルスチューブ冷凍機３０がそれぞれ冷却能力３Ｗ有する場合であって、冷却対象を６Ｗ冷却する必要があるときには、第１パルスチューブ冷凍機２０と第２パルスチューブ冷凍機３０とともに３Ｗづつ計６Ｗ冷却することも可能である。
【００４２】
上記したような稼働制御により第１冷却端２３および第２冷却端３３が冷却され続けて目標冷却温度に到達したとき、この演算制御手段１２は、温度計測手段４０を介して取得した温度データが目標冷却温度データと一致すると判断し、継続的な冷却に代えて、例えば、定期的に振動型圧縮機２１，３１の駆動・停止を交互に行って第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度が目標冷却温度を維持するようにしている。
【００４３】
以上本実施形態の冷凍装置について説明した。
以上のような２個の冷凍機を用いた構成では、例えばそれぞれの冷凍機の冷却能力が３Ｗであり、冷却対象を２Ｗ冷却する必要ある場合には、１台の冷凍機が故障した場合でも、他の１台の冷凍機で目標の冷却能力を達成することが可能となる。冗長構成ではあるが、故障率を低くしたシステム構成の冷凍装置とすることが可能である。
【００４４】
また、２個の冷凍機を用いた構成では、例えばそれぞれの冷凍機の冷却能力が３Ｗであり、冷却対象を４Ｗ冷却する必要ある場合には、例えば、それぞれの冷凍機が２Ｗ冷却することで目標の冷却能力を達成することが可能となる。それぞれの冷凍機は余力を持って運転することができ、この点でも冷凍機の故障率を低くして信頼性の高い冷凍装置とすることが可能である。
【００４５】
また、故障を前提として考えない場合には、６Ｗの冷凍能力を３Ｗの冷凍機を２台用いて容易に構成することが可能となる。
また、図１では２台の冷凍機の例をもとに説明してあるが、３台以上の冷凍機を用いることも可能であり、その場合には冷却能力が冷凍機の台数分増加したシステム構成を有する冷凍装置とすることができる。
【００４６】
続いて本発明の第２実施形態について図を参照しつつ説明する。図３は本実施形態の冷凍装置１’の構成図である。本実施形態では、第１実施形態の制御演算手段・温度設定手段に代えて、一般的に工業計測分野で使用されている温度調節計（いわゆる温調計）を用いたシステムである。市販されている温度調節計の内部では、マイコンなどを用いて様々な制御則に基づき制御出力を演算する。また、温度調節計の付加機能として、外部からのリモート設定や複数台の温調計を１台のパソコンで制御することも可能になるなど、工業計装システムとの親和性が向上する。
【００４７】
このような本実施形態は、第１実施形態のコントローラ１０が本実施形態ではコントローラ５０となる点が相違するが、他の第１パルスチューブ冷凍機２０，第２パルスチューブ冷凍機３０，温度計測手段４０は同じ構成である。
このコントローラ５０は、温度設定手段および演算制御手段を内蔵する温度調節計５１、Ｉ−Ｖ変換手段５２、第１駆動手段５３、第２駆動手段５４を備えている。
【００４８】
続いて本実施形態による冷凍装置１’の動作について説明する。
なお、冷凍装置１’の第１冷却端２３および第２冷却端３３には、例えば図４（ａ），（ｂ）で示すような冷却対象６０が熱的に接続され、この冷却対象６０が目標冷却温度となるように冷凍装置１’は温度制御を行うものとする。
【００４９】
まず、温度調節計５１の入力スイッチ（温度設定手段に相当）を操作し、冷却対象の目標冷却温度を設定する。温度調節計５１の内蔵マイコン（演算制御手段に相当）は、温度設定後、目標冷却温度データを図示しないメモリに一時的に記憶させる。
【００５０】
続いて、冷凍装置１’を稼働させる。
温度調節計５１は、温度計測手段４０と接続されており、この温度計測手段４０は、第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度に応じた温度信号を出力する。温度調節計５１は入力される温度信号を内蔵するＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりディジタルデータに変換し、校正を経て温度データとして図示しないメモリに記憶する。
【００５１】
温度調節計５１は、目標冷却温度データと温度データとが一致するように温度制御を行う。この場合の温度制御は、古典制御理論に基づくＰＩＤ制御や現代制御理論に基づく制御などをリアルタイムで実施している。そして、このような温度制御による制御信号を、Ｉ−Ｖ変換手段５２を介して第１駆動手段５３および第２駆動手段５４へ制御信号を出力する。
【００５２】
一般的に、温度調節計５１では４〜２０ｍＡの出力電流信号が制御出力となるので、その信号をＩ−Ｖ変換により入力電圧信号である制御信号に変換する。
なお、温度調節計５１は、第１駆動手段５３および第２駆動手段５４へそれぞれ異なる制御信号を出力しており、Ｉ−Ｖ変換手段５２は、それぞれ異なる制御信号へ変換している。
【００５３】
Ｉ−Ｖ変換手段５２から出力される２の制御信号は、２台の冷凍機の第１駆動手段５３および第２駆動手段５４へそれぞれ並列に伝送される。
以下、第２駆動手段５４の動作は、第１駆動手段５３の動作と同じであるため第１駆動手段５３の動作についてのみ説明する。
【００５４】
第１駆動手段５３は、入力される制御信号に振幅が所定の大きさの範囲を超えないようにしてピストン２１ｃ，２１ｄの動作範囲を制限するためのリミッタと、ノイズなど誤動作の原因となるような信号を検知するエラー検知手段を備えている。このように第１駆動手段５３により、信号処理済みであって、所望の周波数及び振幅の単相交流電圧指令値を振動型圧縮機２１のリニアモータ２１ａ，２１ｂに供給する。
以下、第１実施形態と同様の動作を行って第１パルスチューブ冷凍機２０が第１冷却端２３を圧縮する。また、同様に第２駆動手段５４および第２パルスチューブ冷凍機３０が第２冷却端３３を冷却する。
【００５５】
上記したような冷却により第１冷却端２３および第２冷却端３３かならる冷却端（本発明の冷却端の具体例である）が冷却され続けて目標冷却温度に到達したとき、この温度調節計５１は、温度計測手段４０を介して取得した温度データが目標冷却温度データと一致すると判断し、継続的な冷却に代えて、例えば、定期的に振動型圧縮機２１，３１の駆動・停止を交互に行って第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度が目標冷却温度を維持するようにしている。
以下、稼働制御による冷却可能温度および冷却能力については第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【００５６】
以上説明したような本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え以下のような利点がある。例えば、コントローラ５０の構成が汎用品で構成され、さらなる低コストのシステムとすることができる。
また、温度調節計自体がＰＩＤ制御等の制御システムを有しているため、簡単にフィードバック制御系を構成することもでき、温度制御の精度を高めることもできる。
【００５７】
以上本発明の冷凍装置について説明した。しかしながら、冷凍装置は各種の変形形態を採用することができる。
続いて、第１，第２実施形態の変形形態について図を参照しつつ説明する。図４は温度計測手段４０の配置を説明する説明図である。先に説明した第１，第２実施形態では、第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度を共に計測するように温度計測手段４０を配置していた。
【００５８】
しかしながら、第１，第２実施形態では、図４（ａ）で示すように第１冷却端２３および第２冷却端３３に熱的に接続される冷却対象６０の温度を計測するように温度計測手段４０を配置しても良い。
この場合、冷却対象６０の温度に基づいて制御を行うため、冷却対象６０の温度を目標冷却温度に精度良く近づけることができる。
【００５９】
さらには、第１，第２実施形態では、図４（ｂ）で示すように第１冷却端２３および第２冷却端３３に熱的に接続される冷却対象６０の温度を計測する第１温度計測手段４１、および、第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度を計測する第２温度計測手段４２を共に配置しても良い。
【００６０】
この場合、冷却対象６０の温度を急速に冷却することなども可能となる。例えば、冷却対象６０の温度を参照しつつ、第１冷却端２３および第２冷却端３３を目標冷却温度より低い温度に設定して温度のたち下がり時間を短縮するような温度制御なども可能となり、冷却対象６０の温度を設定温度に急速に近づけることができる。
【００６１】
また、第１実施形態の温度設定手段１１、および、第２実施形態の温度調節計５１では冷却対象６０の目標冷却温度を設定するものであるとして説明した。しかしながら、図１，図３，図４（ａ）で示すような場合でも、第１冷却端２３および第２冷却端３３の温度を目標冷却温度として設定しても良い。
また、図４（ｂ）で示すような場合、温度設定は第１冷却端２３および第２冷却端３３用の温度設定と、冷却対象６０用の温度設定がそれぞれ別に行えるような温度設定手段１１、および、温度調節計５１としても良い。
【００６２】
また、一般的に、第１，第２実施形態の第１冷却端２３，第２冷却端３３は低消費電力を達成するために外部からの熱を断熱して、温度の上昇を抑える構造を採用している。しかしながら、冷却対象６０を冷却するのみならず、加熱する必要がある場合（例えば冷却対象の発熱量の変動が大きい場合で、その温度制御を高速に行いたい場合）に第１冷却端２３，第２冷却端３３に図示しないヒータ（外周を覆うシースヒータや、内蔵型の鋳込みヒータなど）を設け、演算制御手段１２や温度調節計５１からヒータ駆動回路（図示せず）に制御信号を送信し、第１冷却端２３，第２冷却端３３を加熱することも可能である。
【００６３】
また、第１，第２実施形態の冷凍装置１，１’は、第１パルスチューブ冷凍機２０および第２パルスチューブ冷凍機３０という２個の冷凍機の第１冷却端２３および第２冷却端３３を熱的に接続して一体にしたものであると説明した。しかしながら、冷凍機は２台に限定する趣旨ではなく、ｎ（例えば、３，４、５・・・）台の冷凍機の冷却端を熱的に接続して一体にした冷却端としても良い。
【００６４】
また、第１，第２実施形態の説明では冷凍機の具体例としてパルスチューブ冷凍機について説明した。しかしながら、他の種類の冷凍機の使用も可能である。例えば、パルスチューブ冷凍機が属する蓄冷式冷凍機の他の種類である，スターリング式冷凍機，ギフォードマクマホン式冷凍機などを採用しても良い。
【００６５】
また、第１実施形態の説明では冷却目標温度は一定温度であるものとして説明した。しかしながら、温度設定手段が、制御装置であって、上昇・下降という変動を伴うような冷却目標温度データを出力する場合であっても、制御演算手段は追値制御をするように温度制御しても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明した本発明の冷凍装置では以下のような利点がある。
移動体通信の基地局の超伝導フィルタ冷却に使用されたり、あるいはロケットに搭載されるという特殊用途であっても、本発明の冷凍装置は、ｎ（ｎは２以上の自然数である）台の冷凍機を有しており、１台故障しても残り（ｎ−１）台の冷凍機により縮退運転を続けることができ、すくなくとも直ちに冷却不能となる事態が発生することはなく、従来技術のように振動型圧縮機・冷凍機・冷凍装置の故障率を過剰なまでに低くすることなく冷凍装置の信頼性を向上させることができる。さらにこの冷凍装置を組み込んだ上位システムの信頼性を向上させることもできる。
【００６７】
さらには、冷却能力を分散するような冷凍装置であるため、能力限界まで運転する必要がない。例えば、３Ｗの冷凍機２台用いて４Ｗ冷却する場合、それぞれの冷凍機は２Ｗづつ冷却すれば良くなり、振動型圧縮機のピストンの振動周波数を低く、また、振動振幅を小さくして、ピストンの衝突のおそれを低減させ、また、超寿命化も可能とし、この点でも信頼性を向上させることができる。
【００６８】
また、本実施形態では同種類の冷凍機をｎ台使用することにより、過剰能力・過剰品質ではない汎用的な冷凍機のみ用いる冷凍装置にすることができ、冷凍機・冷凍装置のバリエーションを不要に増やす必要がなくなる。
また、このような種類が少ない冷凍機を大量生産することで、冷凍機の製造コストを低減して、最終製品である冷凍装置のコストも低減することができる。
また、小型の冷凍機を複数台組み合わせることで任意の能力の冷凍機を製作することが可能となり、能力に応じた製品のラインアップが容易となる。
【００６９】
さらには、１台の冷凍装置に多数の同種類の振動型圧縮機を用いる構成であるため、振動型圧縮機を大量生産しても在庫期間を短縮することができる。
冷凍装置に要求される冷却可能温度および冷却能力に応じて冷凍機の取り付け個数を決定するだけで良くなり、従来技術のように最初から冷凍機を設計する手間を省くことができる。
また、汎用品として在庫しているため、注文後直ちに入手できないということもない。
【００７０】
総じて、信頼性を向上させるとともに、要求される仕様に対して最適な冷凍能力を有するような冷凍装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の冷凍装置の構成図である。
【図２】振動型圧縮機および第１駆動手段の構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態の冷凍装置の構成図である。
【図４】温度計測手段の配置を説明する説明図である。
【図５】従来技術の冷凍装置の構成図である。
【符号の説明】
１，１’：冷凍装置
１０：コントローラ
１１：温度設定手段
１２：演算制御手段
１３：第１駆動手段
１４：第２駆動手段
２０：第１パルスチューブ冷凍機
２１：振動型圧縮機
２１ａ，２１ｂ：リニアモータ
２１ｃ，２１ｄ：ピストン
２１ｅ：シリンダ
２２：蓄冷器
２３：第１冷却端
２４：膨張部
３０：第２パルスチューブ冷凍機
３１：振動型圧縮機
３１ａ，３１ｂ：リニアモータ
３１ｃ，３１ｄ：ピストン
３１ｅ：シリンダ
３２：蓄冷器
３３：第２冷却端
３４：膨張部
４０：温度計測手段
４１：第１温度計測手段
４２：第２温度計測手段
５０：コントローラ
５１：温度調節計
５２：Ｉ−Ｖ変換手段
５３：第１駆動手段
５４：第２駆動手段
６０：冷却対象
６１：直接接触部
【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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