(57)【要約】【課題】インバータ圧縮機を用いた極低温冷凍装置の少数台運転時に安定した性能が得られるようにする。【解決手段】圧縮機１０の高圧側と低圧側の差圧ΔＰが設定値以上に上昇した時は、圧縮機の運転周波数を下限値で固定し、圧縮機と冷凍機２１〜２５の間に設けた、高圧側と低圧側を連通するバイパス弁３０による制御に切換える。【選択図】　　　図２
2004085048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにより供給差圧が一定になるよう制御される圧縮機と、
該圧縮機から圧力が供給される複数の冷凍機とを備えた極低温冷凍装置であって、
前記圧縮機と冷凍機の間に、高圧側と低圧側を連通するバイパス通路が設けられていることを特徴とする極低温冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とする超伝導マグネット。
【請求項４】
請求項１に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とする核磁気共鳴イメージング装置。
【請求項５】
請求項１に記載の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とする計測装置。
【請求項６】
圧縮機から複数の冷凍機へ供給される差圧をインバータにより制御するようにした極低温冷凍装置の運転方法であって、
高圧側と低圧側の差圧が設定値以上に上昇した時は、圧縮機の運転周波数を下限値で固定し、圧縮機と冷凍機の間に設けた、高圧側と低圧側を連通するバイパス弁による制御に切換えることを特徴とする極低温冷凍装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍装置、及び、その運転方法に係り、特に、圧縮機から複数の冷凍機へ供給される差圧をインバータにより制御するようにした極低温冷凍装置、及び、その運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動作ガスの圧力変化と体積変化との位相差を利用して極低温を発生するギフォード・マクマホン（ＧＭ）式やパルス管式の冷凍機が知られている。このような冷凍機を、半導体製造装置のスパッタリング装置等のような大型の装置の複数箇所に設置する場合、各冷凍機毎に、該冷凍機に高圧及び低圧を供給する圧縮機を設けるのではなく、コスト低減及び省エネルギーを目的として、図１に示す如く、１台の圧縮機１０で圧縮され、高圧ライン１２及び低圧ライン１４を介して供給されるガス（例えばヘリウムガス）を、多数の冷凍機２１−２５に供給することが考えられている。
【０００３】
この際、圧縮機１０をインバータにより供給差圧ΔＰが一定になるよう制御することが考えられており、そのような圧縮機をインバータ圧縮機と称する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバータ圧縮機には、機械的共振や焼付き防止のため、運転周波数に下限値がある。そこで、圧縮機の容量や運転周波数を、冷凍機の最大同時運転台数に合わせて設定すると、少数台運転の場合、圧縮機の運転周波数が下限値となり、差圧制御ができなくなる。すると、供給差圧ΔＰの上昇を招き、冷凍装置の適正運転ができない恐れがある。そのため、最低運転台数を設ける必要が生じ、任意の台数による運転ができないという問題点を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、インバータ圧縮機を用いた場合でも、冷凍機の少数台運転を可能とすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インバータにより供給差圧が一定になるよう制御される圧縮機と、該圧縮機から圧力が供給される複数の冷凍機とを備えた極低温冷凍装置であって、前記圧縮機と冷凍機の間に、高圧側と低圧側を連通するバイパス通路を設けることにより、前記課題を解決したものである。
【０００７】
又、前記の極低温冷凍装置を備えたことを特徴とするクライオポンプ、超伝導マグネット、核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、計測装置を提供するものである。
【０００８】
本発明は、又、圧縮機から複数の冷凍機へ供給される差圧をインバータにより制御するようにした極低温冷凍装置の運転方法であって、高圧側と低圧側の差圧が設定値以上に上昇した時は、圧縮機の運転周波数を下限値で固定し、圧縮機と冷凍機の間に設けた、高圧側と低圧側を連通するバイパス弁による制御に切換えるようにして、前記課題を解決したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
本実施形態は、図１に示したような極低温冷凍装置において、図２に示す如く、圧縮機１０と冷凍機２１〜２５の間に、高圧ライン１２と低圧ライン１４とを連通するバイパス弁３０と、高圧ライン１２の圧力Ｐ１を監視する高圧側圧力計３２と、低圧ライン１４の圧力Ｐ２を監視する低圧側圧力計３４とを設けたものである。
【００１１】
前記バイパス弁３０としては、例えば高圧ライン１２と低圧ライン１４の差圧ΔＰが、機械的に設定された所定圧力を超えた時に開かれる、いわゆるインラインリリーフバルブを用いることができる。
【００１２】
又、前記バイパス弁３０として、前記高圧側圧力計３２と低圧側圧力計３４の出力Ｐ１、Ｐ２に応じて圧力を調整する圧力調整弁を用いることもできる。この場合には、コストはかかるが、制御は確実である。なお、高圧側圧力計３２と低圧側圧力計３４を独立して設けるのではなく、差圧ΔＰを直接測定可能な差圧計を設けて、圧力計の数を減らしても良い。
【００１３】
このようにして、高圧ライン１２と低圧ライン１４の供給差圧ΔＰを監視し、圧縮機１０の運転周波数が下限値となり、差圧がある一定値Ｂ以上に上昇した場合は、圧縮機１０の運転周波数を下限値で固定とし、バイパス弁３０による差圧制御（バイパス制御と称する）に切換える。又、圧縮機１０が固定周波数に切換えられていた場合、冷凍機の運転台数が増えると差圧ΔＰが減少することがあるが、差圧がある一定値Ｃ以下となった場合は、バイパス弁３０を閉じ、再びインバータ圧縮機１０による差圧制御（インバータ（ＩＮＶ）制御と称する）に切換える。
【００１４】
図３に運転状態の例を示す。時刻ｔ０〜ｔ１間は、運転台数が従来の最低運転台数（例えば２台）以上なので、従来と同様にインバータ圧縮機１０により差圧ΔＰを目標値Ａとする差圧制御（ＩＮＶ制御）を行う。時刻ｔ１で最低運転台数未満の１台となると、差圧ΔＰが上昇してくるので、設定値Ｂになった時刻ｔ２で、圧縮機の運転周波数を最低回転数に固定して、バイパス弁３０による差圧制御（バイパス制御）に切換える。時刻ｔ２で運転台数が増えて最低運転台数以上になると、差圧ΔＰが低下してくるので、設定値Ｃになった時刻ｔ４で、バイパス弁３０を閉じて、ＩＮＶ制御を再開する。
【００１５】
このようにして、インバータ圧縮機１０の運転周波数が下限値となった場合においても、バイパス弁３０で差圧を一定に制御できるので、極低温冷凍装置が少数台運転の場合でも、極低温冷凍装置から安定した性能を得ることができる。
【００１６】
なお、前記バイパス弁３０の種類はインラインリリーフバルブや圧力調整弁に限定されず、図４に示す如く、オリフィス４０（４１）と開閉弁４２（４３）の組合せを用いてもよい。この際、図４に示したように、口径の異なるオリフィス４０、４１を、それぞれ開閉弁４２、４３で開閉することによって、バイパス量を変えることもできる。
【００１７】
本発明の適用対象は、クライオポンプを用いたスパッタリング装置に限定されず、超伝導マグネット（例えばＭＣＺ等）、ＭＲＩ装置、計測装置（例えばＸ線回折測定装置、光透過測定装置、フォトルミネッセンス測定装置、超伝導体測定装置、ホール効果測定装置）等にも適用できることは明らかである。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータ差圧制御とバイパスによる差圧制御を切換えることによって、極低温冷凍装置の少数台運転時に安定した性能を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１台のインバータ圧縮機で複数の冷凍機を運転するようにした冷凍装置の構成を示すブロック線図
【図２】本発明の実施形態の構成を示すブロック線図
【図３】前記実施形態の作用を説明するためのタイムチャート
【図４】前記実施形態の変形例で用いられるバイパス弁を示す構成図
【符号の説明】
１０…インバータ圧縮機
１２…高圧ライン
１４…低圧ライン
２１〜２５…冷凍機
３０…バイパス弁
３２…高圧側圧力計
３４…低圧側圧力計
４０、４１…オリフィス
４２、４３…開閉弁
【図１】
2004085048.tif 000003
【図２】
2004085048.tif 000004
【図３】
2004085048.tif 000005
【図４】
2004085048.tif 000006