CN1405521A - 多***制冷机的运转方法、装置及制冷装置 - Google Patents

多***制冷机的运转方法、装置及制冷装置 Download PDF

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Abstract

在将由一台压缩机压缩的气体通过设置在各制冷机中的阀供应给多个制冷机时，利用转换器，将各阀的开关周期各错开一点。从而，不用观测阀定时，可以用简单的结构使制冷机之间的性能均衡化。

Description

多***制冷机的运转方法、装置及制冷装置
技术领域
本发明涉及一种多***(multisystem)制冷机的运转方法、装置及冷冻装置。特别是，涉及一种使由一台或多台压缩机压缩的气体通过设置在各制冷机中的阀，供应给多个制冷机的多***制冷机的运转方法、装置及采用该方法和装置的冷冻装置。
背景技术
利用工作气体的压力变化和体积变化产生极低的温度的ギフォ-ド·マクマホン(GM)式或脉冲管式制冷机是已知的。在将这种制冷机设置于半导体制造装置的溅射装置等大型装置的多个部位的情况下，不是在各制冷机中设置在制冷机中产生高压和低压的压缩机，而是为了降低成本和节省能源，如图1所示，利用设置在各制冷机中的阀(例如回转阀)21、22、23，以高压和低压交替的方式，将由一台压缩机10中压缩、通过高压线路12和低压线路14供应的气体(例如氦气)供应给多个(在图中为3台)制冷剂31、32、33。
前述制冷剂31、32、33进行冷却工序反复绝热膨胀，通过产生冷气，将缸体31A、32A、33A的第一制冷级31B、32B、33B冷却到30～100K，第二制冷级31C、32C、33C冷却到4～20K。
在图中，41、42、43分别适用于旋转驱动各回转阀21、22、23的马达，50是给予马达41、42、43相同的驱动信号的致冷机驱动电源线。
但是，在采用这种一台压缩机10对多台制冷机31、32、33进行运转的情况下，各制冷机31、32、33的冷却能力存在差异。这样，对各制冷机32、33、33的供应氦气用的阀的定时在接通电源时被固定，在吸气定时重合的情况下，向先吸气制冷机中流入较多的气体，存在流入各制冷机中的气体的流量产生偏差等现象。因而，在其它制冷机的阀打开后，刚刚打开阀的制冷机，由于供应气压低下而难以供应氦气，不能获得足够的冷却能力。并且，流入较冷侧制冷机的He气，被进一步冷却密度变大，结果，供应了多余的He气，被冷却到更低的温度。相反不太冷的一侧的制冷机，由于He气难以流入所以不能充分冷却。
为了解决这一问题，在特开平3-15677和特开平4-272486中记载了这样的技术：观测各阀的阀定时，通过反馈，来相互等间隔地控制阀的开关时间。
但是，总之，为了观测阀的定时，有必要例如检测驱动阀21、22、23的马达41、42、43的供应电流等，使***变得复杂，存在成本升高的问题。
发明内容
本发明为了解决前述现有的问题，其目的是不用观测阀的开关时间，用简单的结构解决制冷机之间的冷却能力不同的问题。
本发明，在一种将由一台压缩机压缩的气体通过设置在各制冷机中的阀供应给多个制冷机的多***制冷机的运转方法中，将各阀的开关周期各错开一点，从而解决了上述问题。
另外，前述阀开关周期的错开量根据制冷机的台数而变化，例如制冷机的台数增加则错开量变小。
另外，本发明，在一种将由一台压缩机压缩的气体通过设置在各制冷机中的阀供应给多个制冷机的多***制冷机的运转装置中，通过配置用于将各阀的开关周期各错开一点的的转换器，解决了前述问题。
另外，本发明提供一种配有前述运转装置的的制冷装置。
进而，通过将前述制冷剂作为低温泵使用，可以解决低温泵之间的性能存在的偏差。
采用本发明，不设置观测阀定时的装置，结构非常简单且廉价，可以防止阀定时的重合，提高制冷机之间性能的均衡化。
附图说明
通过结合附图对本发明所作的下述说明，本发明的上述目的、特征和优点，以及其它的目的和优点将更为清晰，在附图中相同或相似部件采用相同的参考标号。
图1是用于说明现有制冷机的运转方法的一个例子的管路图。
图2是表示本发明的第一个实施例的管路图。
图3是用于说明本发明的效果，表示与现有技术的例子相比的制冷机的性能曲线的曲线图。
图4是表示本发明的第二个实施例的管路图。
图5是表示第二个实施例中的低温泵的主要部分的放大剖视图。
优选实施例的说明
下面，将说明本发明的优选实施例。
本发明的第一个实施例为，在将由与现有技术相同的一台压缩机10压缩的气体通过设置在各制冷机中的回转阀21、22、23供应给多个制冷机31、32、33的致冷机运转装置中，如图2所示，在致冷机驱动电源线50的途中，设置用于使各阀21、22、23的开关周期每次错开一点的转换器(inverter)61、62、63，使各制冷机31、32、33的阀开关时间在一定时间交替。在图中，51、52、53是向各制冷机31、32、33供电的电源线。
决定前述回转阀21、22、23的阀开关周期的阀的转速，例如以正常转速1.2Hz为中心，错开0.002Hz，分别为1.202Hz、1.2Hz、1.198Hz，可以以5分钟错开1转左右(0.002Hz×2×60秒×5分中＝1.2Hz)。
因此，当制冷机整体的运转频率错开时，改变了各制冷机的能力。另外，当各制冷机的错开量过小时，由于制冷机所具有的热容量使制冷能力与时间一起变化，存在起伏。为了使制冷机的能力不发生显著变化，最好使整体的错开量优选在0.02Hz以下，最大在0.04Hz以下。另外，为了不产生由于制冷机所具有的热容量而造成的制冷能力的起伏，在实验中，控制在10分钟的周期以内比较合适。因而，各制冷机相互之间的错开量在0.002Hz(5分钟周期)～0.001Hz(十分钟周期)左右比较合适。
这样，由于各制冷机的阀定时按一定时间交替，所以流入各制冷机的气体流量的偏差是均等地发生的，可以使制冷机的性能均衡化。即，通过错开阀定时使制冷性能周期性地变化，而这种变化，被制冷机所具有的热容量吸收，宏观上获得了与对阀定时进行反馈控制的情况相同的效果。
图3是现有的制冷机和采用本发明的制冷机的性能曲线。该图中，横轴表示第一制冷级31B的温度(称为一级温度)，纵轴表示第二制冷级31C的温度(称为二级温度)。另外，A1和A2是在接受从各自对应的压缩机而来的He气供应并进行运转的情况下、即在进行单独运转时的性能曲线，表示各制冷机本身所具备的性能。B1和B2是在利用现有的运转方法由一台压缩机向两台制冷机供应He气的情况下的性能曲线，C1和C2是在利用本发明的运转方法由一台压缩机向两台制冷机供应He气的情况下的性能曲线。在此，第一、第二制冷级在没有负荷时的温度，分别称为一级、二级低温部温度，第一、第二制冷级在分别由加热器等加热的负荷时的温度，分别称为一级、二级高温部温度。
如从图中可以看出的那样，分别单独具有图3中实线A1、实线A2所示的性能曲线的两台制冷机，在利用一台压缩机运转的情况下，当采用与现有技术相同的频率(这里为1.2Hz)时，由虚线B1表示的一个制冷机遍布了充足的气体，与单独运转的情况(A1)相比，无负荷时的一级低温部温度Tb11和二级低温部温度Tb12同时降低，性能提高，由虚线B表示的另一个制冷机，气体不充足，特别是当向一级、二级两者上施予负荷时，二级高温部温度Tb22升高。对此，利用本发明，在以一台1.2Hz、另一台少0.002Hz为1.198Hz的方式运转的情况下，如单点划线C1、C2所示，两台制冷机都可以获得与单独运转的情况(A1、A2)近似的性能。
下面，对将制冷装置用于低温泵的情况下的本发明的第二个实施形式进行说明。
本实施形式如图4所示，利用第一实施形式的制冷剂31、32、33，冷却低温泵71、72、73。
各低温泵71、72、73，当以低温泵71的情况为例时，如图5详细所示，安装在处理室100上，其配有：通过设有回转阀102的开口部与该处理室100的内部空间相通的百叶窗76、具有溢流阀(リリ-フ)的泵容器78、和例如GM型的前述制冷机31。
前述制冷机31气密地安装在泵容器78中，在该泵容器内配有：包含冷却至例如30～100K左右的第一制冷级31B和冷却至例如4～20K左右的极低温的第二制冷级31C的缸体31A；用于降低前述泵容器78外侧的室温部对第二制冷级31C的热辐射的、与前述第一制冷级31B连接设置的、围住前述第二制冷级31C的辐射罩80；和安装在前述第二制冷级31C上、用于冷凝并吸附气体进行真空排气的冷凝板82和吸附板84。
前述冷凝板82和吸附板84被冷却到20K以下，百叶窗76和辐射罩80被冷却到100K以下。
进而，在泵容器78内，通过冷却配置在缸体31A上的第二制冷级31C上的冷凝板82和吸附板84，冷凝并吸附气体，进行真空排气。
对于其它方面，由于与前述第一实施形式相同，所以省略对其的说明。
采用本实施形式，与第一个实施形式相同，由于各制冷机的阀定时按一定时间交替，所以流入各制冷机的气体流量的偏差均等地产生，可以使制冷机之间的性能均衡化，防止低温泵性能的偏差。
在前述实施形式中，由于都是采用转换器61、62、63对频率进行变化，所以即使在制冷机台数增加的情况下也可以很容易地应付。另外，对于为了其它目的装载转换器的制冷装置，只要改变转换器的设定值便可以实现上述目的，非常廉价。另外，在不需要改变阀的转速的情况下，不是用转化器，可以在最初便将频率错开并固定。另外，对于阀的种类也不限于回转阀。
进而，同时运转的制冷机的台数不限于三台。在全部错开量在例如0.02Hz以内的情况下，各制冷机的频率错开0.002Hz，可以使直到(10+1＝)11台为止的制冷机之间的性能均衡化。
进而，适用对象也不限于采用低温泵的溅射装置，也可以适用于MRI装置或射电望远镜。

Claims (7)

1、一种将由一台或多台压缩机压缩的气体通过设置在各制冷机中的阀供应给多个制冷机的多***制冷机的运转方法，其特征为，
将各阀的开关周期各错开一点。
2、如权利要求1所述的多***制冷机的运转方法，其特征为，前述阀开关周期的错开量根据制冷机的台数而变化。
3、如权利要求2所述的多***制冷机的运转方法，其特征为，前述阀开关周期的错开量，随着制冷机台数的增加而减小。
4、如权利要求1所述的多***制冷机的运转方法，其特征为，全部的错开量在0.04Hz以下，各制冷机相互之间的错开量在0.002Hz～0.001Hz左右。
5、一种将由一台或多台压缩机压缩的气体通过设置在各制冷机中的阀供应给多个制冷机的多***制冷机的运转装置，其特征为，
配有用于将各阀的开关周期各错开一点的转换器。
6、一种制冷装置，配有如权利要求5所述的运转装置。
7、如权利要求6所述的制冷装置，其特征为，将前述制冷机作为低温泵使用。
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