JP2002005534A - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
- Publication number
- JP2002005534A JP2002005534A JP2000184887A JP2000184887A JP2002005534A JP 2002005534 A JP2002005534 A JP 2002005534A JP 2000184887 A JP2000184887 A JP 2000184887A JP 2000184887 A JP2000184887 A JP 2000184887A JP 2002005534 A JP2002005534 A JP 2002005534A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- circuit
- refrigerant gas
- opening
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
と。 【解決手段】 J−T回路2のJ−T弁21を、J−T
弁21を駆動する電動モータ30を介して、制御装置3
1によって開度調節する。時系列におけるJ−T弁21
の開度の変化パターンが、極低温冷凍装置の特性等を考
慮して予め定められて、制御装置31に参照される格納
部32に格納されている。J−T弁21の開度が、予め
定められた変化パターンに沿って制御装置31によって
調節されると、例えば高段圧縮機10に起因する冷媒ガ
スの流量の変化等が打ち消されて、第3ヒートステーシ
ョン18’の温度が一定になる。
Description
等の冷媒ガスを用いて極低温を得る極低温冷凍装置に関
する。
図4に示すようなものがある(特開昭61−23565
0号公報)。この極低温冷凍装置は、予冷冷凍回路1と
ジュールトムソン回路(以下、J−T回路という)2と
によって概略構成されている。
を圧縮する予冷用圧縮機3、油分離器4、吸着器5、膨
張機6およびサージボトル7を順次冷媒ガス管で接続し
て構成されている。一方、J−T回路2は低段圧縮機
8、油分離器9、高段圧縮機10、油分離器11、吸着
器12、第1ジュールトムソン熱交換器(以下、J−T
熱交換器という)13、吸着器14、第1ヒートステー
ション15、第2J−T熱交換器16、吸着器17、第
2ヒートステーション18、第3J−T熱交換器19、
吸着器20、ジュールトムソン弁(以下、J−T弁とい
う)21、冷却器22、第3J−T熱交換器19、第2
J−T熱交換器16および第1J−T熱交換器13を順
次冷媒ガス管で連通して構成されている。
うに動作する。まず、予冷冷凍回路1において、予冷用
圧縮機3から膨張機6に供給された高圧の冷媒ガスは、
膨張機6内の第1、第2ディスプレーサ(図示せず)内
の蓄冷材と順次冷熱交換を行って冷却される。そうした
後、上記第1、第2ディスプレーサ内が低圧室(図示せ
ず)に接続されて、高圧の冷媒ガスが一気に膨張され
て、ガス温度が低下する。こうして、冷媒ガスの膨張に
よって得られた冷熱は、上記蓄冷材に蓄積される。以
下、上記第1、第2ディスプレーサ内への高圧冷媒ガス
の導入と、その膨張とを繰り返して、第2ヒートステー
ション18が20K(ケルビン)レベルの超低温に冷却
される。
圧縮機10から吐出された高圧の冷媒ガスは、第1J−
T熱交換器13によって戻り冷媒ガスと熱交換を行って
冷却され、膨張機6の第1ヒートステーション15、第
2J−T熱交換器16、20Kレベルの第2ヒートステ
ーション18および第3J−T熱交換器19によって更
に冷却されて、J−T弁21に至る。そして、J−T弁
21によって急激に膨張されて極低温度となった冷媒ガ
スは、膨張機6における20Kレベルの第2ヒートステ
ーション18に接続された第3ヒートステーション1
8’の冷却器22で熱交換を行って、第3ヒートステー
ション18’を4.2Kレベルまで冷却するのである。
そうした後、上記冷却器22で熱交換を行った後の冷媒
ガスは、第3,第2,第1J−T熱交換器19,16,
13において供給冷媒ガスと熱交換を行った後に、低段
圧縮機8に戻る。
転開始から定常運転に至るクールダウン運転に際して
は、クライオスタットC側の温度が常温レベルから4.
2Kレベルの定常運転レベルまで変化する。そうする
と、それにつれて冷媒ガスの密度が変化して、J−T回
路2内の冷媒ガス体積が変化して、J−T弁21を通過
する冷媒ガス量が大きく変化する。そこで、高圧冷媒ガ
ス管23と低圧冷媒ガス管24との間をバイパス回路2
7で連通して、このバイパス回路27に設けた電磁弁2
6で冷媒ガスのバイパス量を調節している。上記電磁弁
26は、高圧冷媒ガス管23と低圧冷媒ガス管24の冷
媒ガス圧を検知するセンサに接続したクールダウン制御
装置によって、開度を調節される。そうして、上記高圧
および低圧冷媒ガス管23,24の間の差圧に基づい
て、冷媒ガスをバイパス回路27と高圧冷媒ガス管23
のJ−T弁21側とに適切に振り分けている。一方、J
−T弁21は手動の弁であって、極低温冷凍装置の運転
時に予め全開にしている。
来の極低温冷凍装置においては、以下のような問題があ
る。すなわち、クールダウン運転時において、例えば高
段圧縮機10および低段圧縮機8の動作温度の変化等に
よって、J−T弁21に至る高圧冷媒ガス管23の冷媒
ガス流量が変化する。また、上記バイパス回路27を迂
回する冷媒ガス量の変化に伴って、J−T弁21を流れ
る冷媒ガス流量が短時間の間に増減して脈動する場合が
ある。そうすると、J−T弁21を通過する冷媒ガス量
が変化して、第3ヒートステーション18’の温度が一
定に保たれずに温度振動が生じるという問題がある。こ
の極低温冷凍装置の被冷却物が、例えば超伝導体を用い
たセンサである場合、上記第3ヒートステーション1
8’の温度振動は上記センサのノイズとなるから、大き
な問題である。
温度振動を吸収するために、上記第3ヒートステーショ
ン18’に蓄熱器を設置した極低温冷凍装置が提案され
た。しかし、この蓄熱器を取り付けるための工数の増加
や材料費の増加によって、極低温冷凍装置が高価になる
という問題がある。
テーション18’の温度が一定に保たれて温度振動がな
い極低温冷凍装置を提供することにある。
め、請求項1の発明の極低温冷凍装置は、J−T回路
と、このJ−T回路を流れる冷媒ガスを冷却する予冷冷
凍回路を有する極低温冷凍装置において、上記J−T回
路のJ−T弁の開度を調節する開度調節手段と、上記J
−T弁の開度が、時系列において予め定められた変化パ
ターンになるように、上記開度調節手段を制御する制御
手段とを備えたことを特徴としている。
J−T弁は、上記制御手段で制御される開度調節手段に
よって駆動されて、時間の経過に伴って開度が変化す
る。この開度の変化パターンは、例えばJ−T回路の冷
媒圧縮機の圧縮性能や、冷媒ガスがJ−T弁に至るまで
の経路等に基づいて定められている。すなわち、例えば
J−T回路の圧縮機の温度変化による冷媒ガス流量の変
化や、バイパス回路を迂回する冷媒流量の変化による冷
媒ガス流量の脈動等に起因するJ−T弁を通過する冷媒
ガス量の変化を、予め予測しておく。そして、これらの
冷媒ガス流量の変化を打ち消すように、J−T弁の開度
の変化パターンを予め定めておく。そのような変化パタ
ーンに基づいてJ−T弁の開度を調節すると、J−T弁
を通過する冷媒ガス量が適量になって、極低温冷凍装置
の最終ヒートステーションの温度振動がなくなる。この
ように、J−T弁の開度を直接調節するので、J−T回
路の他の部分で冷媒ガス流量を調整する必要がない。し
たがって、従来における例えばバイパス回路に設けられ
たクールダウン制御装置等は不要になる。また、最終ヒ
ートステーションの温度振動を吸収するための蓄熱器等
も不要であるので、極低温を安定して得られる極低温冷
凍装置を安価に提供できる。
T回路と、このJ−T回路を流れる冷媒ガスを冷却する
予冷冷凍回路を有する極低温冷凍装置において、上記J
−T回路のJ−T弁の開度を調節する開度調節手段と、
上記J−T回路における最終のヒートステーションの温
度を検出する温度センサと、上記温度センサによって検
出された温度に基づいて、上記開度調節手段を制御する
制御手段とを備えたことを特徴としている。
T弁の開度が、上記最終ヒートステーションの温度に基
づいて調節される。すなわち、最終ヒートステーション
に温度振動が生じると、上記温度センサからの信号を受
け取った上記制御手段は、上記温度振動を抑える適切な
温度上昇および温度降下が起こるように、上記開度調節
手段に命令してJ−T弁の開度を調節する。その結果、
最終ヒートステーションの温度が一定に保たれる。した
がって、例えば冷媒圧縮機の圧縮特性や、極低温冷凍装
置の雰囲気温度等、最終ヒートステーションの温度を変
化させる原因が重複して生じても、最終ヒートステーシ
ョンの温度を一定に保って温度振動が防止される。
T回路と、このJ−T回路を流れる冷媒ガスを冷却する
予冷冷凍回路を有する極低温冷凍装置において、上記J
−T回路のJ−T弁の開度を調節する開度調節手段と、
上記J−T回路における最終のヒートステーションより
も下流側の圧力を検出する圧力センサと、上記圧力セン
サによって検出された圧力に基づいて、上記開度調節手
段を制御する制御手段とを備えたことを特徴としてい
る。
T弁の開度が、最終ヒートステーションよりも下流側の
圧力に基づいて調節される。すなわち、J−T弁を通過
する冷媒ガスの圧力が変化し始めると、上記圧力センサ
からの信号を受け取った上記制御手段は、上記開度調節
手段に命令して、上記冷媒ガスの圧力の変化を抑えるよ
うにJ−T弁の開度を調整する。そうすると、J−T弁
を通過する冷媒ガスの圧力を一定にできて、最終ヒート
ステーションの温度変化が抑えられて温度振動がなくな
る。したがって、例えばJ−T回路の冷媒圧縮機の特性
や、冷媒ガスのJ−T弁に至るまでの経路等に起因する
J−T弁での冷媒ガスの圧力変動が防止されて、最終ヒ
ートステーションの温度変化が防止される。
態により詳細に説明する。
凍装置の冷媒回路図である。この極低温冷凍装置は、電
動モータ30と、制御装置31と、パターン格納部32
とを有する以外は、図4に示した極低温冷凍装置と同じ
構成であり、図4と同一の部分には同一の参照番号を付
して詳細な説明を省略する。
−T弁21に、開度調節手段としての電動モータ30を
接続している。この電動モータ30は、制御手段として
のCPU(中央演算装置)からなる制御装置31に接続
している。この制御装置31は、J−T弁21の開度パ
ターンを格納したEEPROM(電気的消去可能プログ
ラマブル読出し専用メモリ)等の格納部32に接続して
いて、極低温冷凍装置を起動して経過した時間に基づい
て、上記格納部32からJ−T弁21の設定開度を読み
出す。そして、J−T弁21をその設定開度にする制御
信号を上記電動モータ30に送出して、電動モータ30
によってJ−T弁21の開度を上記設定開度にする。
の開度パターンは、例えば高段圧縮機10および低段圧
縮機の8の特性や、J−T回路2の経路等に基づいて設
定されている。すなわち、極低温冷凍装置を運転開始し
て第3ヒートステーション18’の温度を4.2Kレベ
ルにまで降下して、その温度を保持する間において、例
えば高段圧縮機10の動作温度の変化に伴う圧縮流量の
変化等によって生じるJ−T弁21での冷媒ガスの流量
の変化を予め予測しておく。そして、この冷媒ガスの流
量の変化を打ち消すように、J−T弁21の開度を時系
列において設定しておくのである。
の時間が経過すると、高段圧縮機10の動作温度が変わ
って圧縮流量が変化したり、バイパス回路27にバイパ
スされる冷媒ガスの流量が変わってJ−T弁21の冷媒
流量が脈動したりする。しかし、上記制御装置31は、
そのときのJ−T弁21の設定開度を上記格納部32か
ら読み出して、電動モータ30に命令してJ−T弁21
の開度を上記設定開度にする。この設定開度は、上記高
段圧縮機10やバイパス回路27等に起因する冷媒ガス
流量の変化を打ち消すJ−T弁21の開度であるから、
J−T弁21での冷媒ガスの流量の変化が抑えられる。
その結果、J−T弁2を通過する冷媒ガス量が一定に保
たれて、第3ヒートステーション18’の温度が保持さ
れて温度振動が防止される。
凍装置の冷媒回路図である。この極低温冷凍装置は、制
御装置34と、温度センサ36とを有する以外は図1に
示した第1の実施形態の極低温冷凍装置と同じ構成であ
り、図1と同一の部分には同一の参照番号を付して詳細
な説明を省略する。
ション18’に、第3ヒートステーション18’の温度
を検出する温度センサ36を設置している。この温度セ
ンサ36からの信号は、電動モータ30を制御する制御
装置34に送られる。この制御装置34は、温度センサ
36からの信号に基づいて電動モータ30を制御して、
J−T弁21を所定の開度にする。
高段圧縮機10の圧縮圧力が脈動したり、バイパス回路
27にバイパスされる冷媒ガスの流量が変わって、第3
ヒートステーション18’が温度振動する場合がある。
上記制御装置34は、温度センサ36からの信号によっ
て上記温度振動を検知すると、この温度振動による温度
の上昇または下降を打ち消す温度変化をなすようなJ−
T弁21の設定開度を計算する。そして、制御装置34
は、上記電動モータ30に命令してJ−T弁21を駆動
させて、J−T弁21の開度を上記設定開度にする。そ
うすると、その結果、J−T弁21を流れる冷媒ガス流
量が、ヒートステーション18’の温度変化を抑える所
定の流量になって、ヒートステーション18’の温度振
動が無くなる。
凍装置の冷媒回路図である。この極低温冷凍装置は、制
御装置38と、圧力センサ39とを有する以外は図1に
示した第1の実施形態の極低温冷凍装置と同じ構成であ
り、図1と同一の部分には同一の参照番号を付して詳細
な説明を省略する。
ける第3ヒートステーション18’の下流側に、冷媒ガ
スの圧力を検出する圧力センサ39を設置している。こ
の圧力センサ39からの信号は、電動モータ30を制御
する制御装置38に送られる。この制御装置38は、圧
力センサ39からの信号に基づいて電動モータ30を制
御して、J−T弁21を所定の開度にする。
高段圧縮機10の圧縮流量が変化したり、バイパス回路
27にバイパスされる冷媒ガス流量の変化によって高圧
冷媒ガス管23の冷媒ガス流量が脈動して、J−T弁2
1を通過する冷媒ガスの圧力値が変動する場合がある。
この冷媒ガスの圧力変動は、第3ヒートステーション1
8’の温度振動を引き起こす。この場合、J−T弁21
の下流側であって、第3ヒートステーションの下流側に
配置された圧力センサ39からの信号によって、制御装
置38が冷媒ガスの圧力変動を察知する。そうすると、
上記制御装置38は、上記圧力変動を打ち消すJ−T弁
21の設定開度を計算して、上記電動モータ30に命令
してJ−T弁21を上記設定開度に駆動する。その結
果、J−T弁21における冷媒ガスの圧力変動が抑えら
れて、ヒートステーション18’の温度振動が無くな
る。
ても、J−T弁21の開度を直接調節して、J−T弁2
1を通過する冷媒ガスの流量を適量にするので、J−T
回路2において他の部分に、J−T弁21に至る冷媒ガ
ス流量を調節する装置を設ける必要がない。したがっ
て、従来におけるようなバイパス回路27の流量を調節
するためのクールダウン制御装置は不要になるので、極
低温冷凍装置が安価になる。また、第3ヒートステーシ
ョンに熱振動を抑制するための蓄熱器等を設ける必要が
ないので、さらに極低温冷凍装置が安価になる。
低温冷凍装置は、J−T弁の開度を、例えばJ−T回路
の冷媒圧縮機の圧縮特性や、冷媒ガスがJ−T弁に至る
までの経路等に基づいて予め定められた変化パターンを
なすように、開度調節手段を介して制御手段によって制
御するので、J−T弁において膨張する冷媒ガス量を一
定にできて、極低温冷凍装置の最終ヒートステーション
の温度振動を無くすることができる。その結果、J−T
回路の他の部分で冷媒流量を調整する必要がないので、
従来における例えばバイパス回路に流す冷媒ガスのバイ
パス量を制御するためのクールダウン制御装置等が不要
になる。また、最終ヒートステーションの温度振動を吸
収するための蓄熱器等も不要になるので、極低温を安定
して保持できる極低温冷凍装置を安価に得ることができ
る。
ステーションに設けられた温度センサからの温度信号に
基づいて、開度調節手段を介して制御手段によってJ−
T弁の開度を調節するので、最終ヒートステーションの
温度上昇および下降に対応してJ−T弁の開度を適切に
調節して、最終ヒートステーションの温度を一定に保つ
ことができる。したがって、例えばJ−T回路の冷媒圧
縮機の圧縮特性や、冷媒ガスのJ−T弁に至るまでの経
路等の互いに異なる原因による最終ヒートステーション
の温度変化を、全て防止することができる。
で検出した最終ヒートステーションよりも下流側の冷媒
ガス圧力に基づいて、開度調節手段を介して制御手段に
よってJ−T弁の開度を調節するので、J−T弁での冷
媒ガス圧力の上昇および下降を直接抑えてJ−T弁にお
ける冷媒ガスの膨張量を一定にして、最終ヒートステー
ションの温度を一定にできる。
凍装置の冷媒回路を示した図である。
凍装置の冷媒回路を示した図である。
凍装置の冷媒回路を示した図である。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ジュールトムソン回路(2)と、このジ
ュールトムソン回路(2)を流れる冷媒ガスを冷却する
予冷冷凍回路(1)を有する極低温冷凍装置において、 上記ジュールトムソン回路(2)のジュールトムソン弁
(21)の開度を調節する開度調節手段(30)と、 上記ジュールトムソン弁(21)の開度が、時系列にお
いて予め定められた変化パターンになるように、上記開
度調節手段(30)を制御する制御手段(31)とを備
えたことを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項2】 ジュールトムソン回路(2)と、このジ
ュールトムソン回路(2)を流れる冷媒ガスを冷却する
予冷冷凍回路(1)を有する極低温冷凍装置において、 上記ジュールトムソン回路(2)のジュールトムソン弁
(21)の開度を調節する開度調節手段(30)と、 上記ジュールトムソン回路(2)における最終のヒート
ステーション(18’)の温度を検出する温度センサ
(36)と、 上記温度センサ(36)によって検出された温度に基づ
いて、上記開度調節手段(30)を制御する制御手段
(34)とを備えたことを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項3】 ジュールトムソン回路(2)と、このジ
ュールトムソン回路(2)を流れる冷媒ガスを冷却する
予冷冷凍回路(1)を有する極低温冷凍装置において、 上記ジュールトムソン回路(2)のジュールトムソン弁
(21)の開度を調節する開度調節手段(30)と、 上記ジュールトムソン回路(2)における最終のヒート
ステーション(18’)よりも下流側の圧力を検出する
圧力センサ(39)と、 上記圧力センサ(39)によって検出された圧力に基づ
いて、上記開度調節手段(30)を制御する制御手段
(38)とを備えたことを特徴とする極低温冷凍装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000184887A JP2002005534A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000184887A JP2002005534A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 極低温冷凍装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002005534A true JP2002005534A (ja) | 2002-01-09 |
Family
ID=18685278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000184887A Pending JP2002005534A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002005534A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100356118C (zh) * | 2002-05-20 | 2007-12-19 | 东海旅客铁道株式会社 | 极低温冷冻装置 |
CN111998567A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-27 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种主动控制型自调式节流制冷器 |
-
2000
- 2000-06-20 JP JP2000184887A patent/JP2002005534A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100356118C (zh) * | 2002-05-20 | 2007-12-19 | 东海旅客铁道株式会社 | 极低温冷冻装置 |
CN111998567A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-27 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种主动控制型自调式节流制冷器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11674719B2 (en) | CO2 refrigeration system with automated control optimization | |
JP4053283B2 (ja) | 超臨界蒸気圧縮システムおよび超臨界蒸気圧縮システムを循環する冷媒の高圧成分の圧力を調整する装置 | |
KR101905161B1 (ko) | 극저온 냉각용 시스템 및 방법 | |
JP2007503571A (ja) | エコノマイザ冷凍システムの超臨界圧の調整 | |
JP2000234814A (ja) | 蒸気圧縮式冷凍装置 | |
JP2003336923A (ja) | 極低温冷凍装置 | |
JP2002081766A (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP2000346466A (ja) | 蒸気圧縮式冷凍サイクル | |
JP2000266415A (ja) | 冷凍サイクル | |
JP2001004235A (ja) | 蒸気圧縮式冷凍サイクル | |
JP4289237B2 (ja) | 冷媒冷却回路 | |
JP2002005534A (ja) | 極低温冷凍装置 | |
JP6998780B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP3573384B2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
JP2006329588A (ja) | 冷凍装置 | |
JP2923133B2 (ja) | 冷凍装置 | |
JP2000337722A (ja) | 蒸気圧縮式冷凍サイクル | |
JP3735338B2 (ja) | 車両用冷凍装置、およびその制御方法 | |
JP4425104B2 (ja) | 冷蔵庫 | |
JPH07104059B2 (ja) | 二元冷凍装置 | |
JPH08121892A (ja) | タービン式膨張機の運転制御方法 | |
JP2005048988A (ja) | 冷凍装置 | |
JP3756780B2 (ja) | 極低温冷凍装置 | |
JPH09118128A (ja) | 車載冷凍装置 | |
JPH09303897A (ja) | 極低温冷凍装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040329 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040819 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040819 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061016 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080219 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080414 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080617 |