JP2014025625A

JP2014025625A - 減圧システム

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Publication number: JP2014025625A
Application number: JP2012165512A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Fujii; 佳詞藤井
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Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-02-06
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Also published as: JP5978045B2

Abstract

【課題】第１の電動機により駆動部を作動させ、第１の電動機の回転数に対応して所定温度に冷却部を冷却し、冷媒を膨張させて気体を捕捉する複数の減圧手段と、第２の電動機により圧縮部を作動させて圧縮冷媒を第２の電動機の回転速度に応じた流量で各減圧手段に供給する単一の圧縮手段と、各冷却部の温度を測定する測定手段とを備える減圧システムを、消費電力を削減して省エネルギ化を図れるようにする。
【解決手段】第１の閾値と、この第１の閾値より低い第２の閾値との間に冷却部の温度が保持されるように第１及び第２の両電動機の作動を夫々制御する制御手段を備え、冷却部の温度が第１の閾値から第２の閾値に達するまで間で、冷却部のうち最も降温速度が遅い一の減圧手段を選択し、残りの減圧手段の第１の電動機の回転数を夫々下げ、各減圧手段の冷却部が第２の閾値に夫々達すると、全ての減圧手段の第１の電動機を夫々作動停止させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１の電動機により駆動部を作動させ、第１の電動機の回転数に対応して冷却部を所定温度に冷却してこの冷却部にて冷媒を膨張させて気体を捕捉する複数の減圧手段と、第２の電動機により圧縮部を作動させてこの圧縮部で圧縮した冷媒を第２の電動機の回転速度に応じた流量で各減圧手段に夫々供給する単一の圧縮手段と、各減圧手段の冷却部の温度を夫々測定する測定手段とを備える減圧システムに関する。

高真空領域の圧力まで真空排気する真空ポンプの一つにクライオポンプユニットがあり、このようなクライオポンプユニットは例えば特許文献１で知られている。図５（ａ）及び（ｂ）を参照して、クライオポンプユニットは、真空チャンバ等の減圧対象物ＷにゲートバルブＧＶを介して装着される筒型のポンプケース１に内蔵される機械式冷凍機Ｃｐ（減圧手段）と、減圧対象物Ｗ外に設けられて機械式冷凍機Ｃｐのヘリウム出入口２１ｉ，２１ｏを介して冷媒としてのヘリウムガスを循環する、図示省略の第２に電動機を有する圧縮機Ｃｍ（圧縮手段）とで構成されている。機械式冷凍機Ｃｐは、冷却部としてのコールドヘッド１段２２とコールドヘッド２段２３とを備え、コールドヘッド１段２２にはポンプケース１の内側に沿った筒型のシールド２２ａが取り付けられると共に、コールドヘッド２段２３にはクライオパネル２３ａが取り付けられ、シールド２２ａの開口部にはコールドヘッド１段２２と同温度に冷却されるバッフル２２ｂが設けられている。

コールドヘッド１段２２及びコールドヘッド２段２３の内部には、図５（ｂ）に示す如く、１段蓄冷器２４と１段膨張室２５、及び、２段蓄冷器２６と２段膨張室２７を備える、駆動部としてのディスプレーサー２８がモータ等の第１の電動機３により往復動自在に設けられる。そして、高圧バルブ４１を開いて圧縮されたヘリウムガスを圧縮機Ｃｍからディスプレーサー２８へ送り込んだ後、各膨張室２５，２７を膨張させるように移動させると、各蓄冷器２４，２６で冷却されながら高圧ガスが各膨張室２５，２７に流入する。次に、高圧バルブ４１を閉じて低圧バルブ４２を開き、各膨張室２５，２７を縮小するようにディスプレーサー２８を移動させると、膨張室２５，２７のヘリウムガスは膨張で蓄冷器２４，２６を冷却しながら圧縮機Ｃｍへと戻る。これにより、減圧対象物Ｗ内に存在するガス分子のうち、凝縮温度の高いＨ₂Ｏなどは８０Ｋのバッフル２２ｂやシールド２２ａに凝縮し、凝縮温度の低いＡｒ、Ｎ₂などは１２〜１３Ｋのクライオパネル２３ａに凝縮して排気される。

コールドヘッド１段２２及びコールドヘッド２段２３には温度センサＴＣが夫々設けられ、温度センサＴＣの検出温度に応じて第１及び第２の両電動機の作動が制御される。そして、例えばクラスターツールのような真空処理装置では、処理や搬送に利用される真空処理室や真空搬送室の数だけ減圧手段が必要となることから、真空処理装置の省スペース化等のため、真空処理室や真空搬送室に装着された複数台の機械式冷凍機に対して単一の圧縮機によりヘリウムガスを供給する減圧システムとして構築することが一般である。

ところで、近年では、上述の真空処理装置に対しても省エネルギ化が強く求められ、この省エネルギ化には減圧システム自体の省エネルギ化が不可欠となる。然し、上記従来例の減圧システムでは、単一の圧縮手段により同等の流量で各減圧手段に冷媒を供給すると共に、各減圧手段の駆動部を一律に連続作動させていたため、減圧システム自体の省エネルギ化を図るのに妨げとなっていた。つまり、減圧手段が装着されている真空処理室毎に、内部で行われる処理（加熱処理、プラズマ処理や冷却処理）や内部環境（減圧手段への入熱等）に応じて、求められる排気性能（冷却部の冷却性能を含む）が異なるにもかかわらず、一律に冷媒を供給する等のため、減圧手段によっては必要以上の冷媒が供給されたり、または、冷媒供給が不足し、全ての減圧手段が求められる排気性能を発揮させるための運転時間が長くなり、その結果、消費電力が多くなって省エネルギ化を図るのに妨げとなっていた。

特開２００２−２９８９６６号公報

本発明は、以上の点に鑑み、消費電力を削減して省エネルギ化を図ることができる減圧システムを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、第１の電動機により駆動部を作動させ、第１の電動機の回転数に対応して冷却部を所定温度に冷却してこの冷却部にて冷媒を膨張させて気体を捕捉する複数の減圧手段と、第２の電動機により圧縮部を作動させてこの圧縮部で圧縮した冷媒を第２の電動機の回転速度に応じた流量で各減圧手段に夫々供給する単一の圧縮手段と、各減圧手段の冷却部の温度を夫々測定する測定手段とを備える本発明の減圧システムは、第１の閾値と、この第１の閾値より低い第２の閾値との間に冷却部の温度が保持されるように第１及び第２の両電動機の作動を夫々制御する制御手段を備え、制御手段は、第１及び第２の両電動機を作動させて各減圧手段の冷却部の温度が第１の閾値から第２の閾値に達するまでの間で、各減圧手段の冷却部のうち最も降温速度が遅い一の減圧手段を選択し、残りの減圧手段の第１の電動機の回転数を夫々下げ、各減圧手段の冷却部が第２の閾値に夫々達すると、全ての減圧手段の第１の電動機を夫々作動停止させることを特徴とする。

本発明によれば、減圧手段のいずれかが第１の閾値より高い温度になってその冷却部の冷却が必要になると、圧縮手段の第２の電動機が作動して各減圧手段の冷却部への冷媒供給が再開されると共に、各減圧手段の第１の電動機が夫々作動する。ここで、減圧手段が夫々装着されている真空処理室毎に、内部で行われる処理や内部環境により各減圧手段の冷却部の降温速度が異なる。そこで、各減圧手段の冷却部のうち最も降温速度が遅い一の減圧手段を選択し、残りの減圧手段の第１の電動機の回転数を夫々下げることで、降温速度が最も遅いものには、優先的に冷媒を供給し、比較的降温速度が速いものに供給される冷媒の供給量が少なくなることで、各減圧手段の冷却部での降温速度が平均化される。このとき、第１の電動機の回転数を下げる分だけ、消費電力が削減され、しかも、降温速度が最も遅いものを早期に第２の閾値まで降温できるため、全体の運転時間も短くなり、その分だけ更に消費電力が削減される。なお、本発明において、「電動機の回転数を下げる」には、回転数がゼロとなる電動機の作動停止を含む。

ところで、各減圧手段が夫々装着される真空処理室では、通常、一定の処理が繰り返し行われることから、その減圧装置では、第１の閾値から第２の閾値までどのように温度降下し、更に、第１及び第２の両電動機を停止した後、第１の閾値まで温度上昇するかが判る。このため、減圧手段毎に、単位時間当たりの温度下降速度及び温度上昇速度を予め測定して制御手段に記憶させておき、これに応じて、各減圧手段の第１の電動機の作動を制御するようにすれば、例えば、各第１の電動機をオンオフ制御して、各減圧手段の冷却部での降温速度を平均化させることも可能となり、消費電力の更なる削減が可能となる。この場合、第１の電動機をＡＣモータとし、インバータを設けて回転数制御するものと比較してコスト面でも有利となる。

本発明においては、圧縮した冷媒を貯蔵するアキュムレータを更に備え、前記制御手段は、全ての第１電動機が作動停止された後、このアキュムレータに所定体積の冷媒が貯蔵されると、第２の電動機の回転数を低下させ、この状態で各減圧手段の冷却部が昇温したとき、各減圧手段の冷却部のうち昇温速度が比較的早い減圧手段を少なくとも１つ選択し、この選択された減圧手段の第１の電動機の回転数を上げると共に、アキュムレータに貯蔵されている冷媒を供給し、当該減圧手段の冷却部のみを選択的に冷却することが好ましい。これによれば、選択されていない減圧手段の第１の電動機の作動開始を遅らせることができると共に、第２の電動機の作動をも遅らせることができ、更なる消費電力の削減が可能となる。なお、貯蔵されている冷媒がなくなると、例えば、当該減圧手段の第１の電動機の回転数を再度下げ、各減圧手段の冷却部の第２の閾値より高くなると、第１及び第２の両電動機を再度作動させればよい。

また、本発明においては、前記制御手段は、各減圧手段の冷却部における単位時間当たり温度上昇速度を算出し、第２の電動機の作動を再開させ、第１の閾値に到達する時間の早いものから順次第１の電動機の作動を再開することが好ましい。これによれば、第２の閾値から第１の閾値まで温度上昇する際、各減圧手段の第１の電動機の作動開始を個別に遅らせることができ、更なる消費電力の削減が可能となる。

本発明の減圧システムの構成を模式的に示す図。従来例に相当する減圧システムの作動手順を説明する図。本発明での減圧システムの作動手順を説明する図。本発明の変形例に係る減圧システムの作動手順の一部を説明する図。（ａ）は、減圧手段としてのクライオポンプユニットの構成を説明する図。（ｂ）は、その要部の拡大図。

以下、図面を参照して、減圧手段を機械式冷凍機とし、機械式冷凍機の複数台に単一の圧縮手段としての圧縮機を用いてヘリウムを供給するように構成した減圧システムを例に本発明の実施形態を説明する。以下においては、上記従来例のものと同一の部材、要素については同一の符号を用いるものとする。

図１を参照して、ＰＳは、本実施形態の減圧システムであり、減圧システムＰＳは、複数台の機械式冷凍機Ｃｐと、各機械式冷凍機Ｃｐにヘリウムガス（冷媒）を供給する圧縮機Ｃｍと、圧縮機Ｃｍと各機械式冷凍機Ｃｐのガス流入口２１ｉとの間に介設されて、圧縮されたヘリウムガスを一旦貯蔵する高圧側アキュムレータ５と、各機械式冷凍機Ｃｐのガス流出口２１ｏからのヘリウムガスが合流する低圧側アキュムレータ６と、各機械式冷凍機Ｃｐに夫々備えられた温度センサＴＣと、各機械式冷凍機Ｃｐ及び圧縮機Ｃｍの作動を統括制御する制御手段Ｃｕとを備える。

なお、本実施形態において、機械式冷凍機Ｃｐのうち、コールドヘッド１段２２とコールドヘッド２段２３とで構成されるものが冷却部、モータ等の第１の電動機３により往復動自在に設けられるディスプレーサー２８が駆動部を構成する。第１の電動機３としては、ＤＣモータやＡＣモータ等公知のものが利用でき、ＡＣモータを用いる場合には、図示省略のインバータ回路を設けてインバータ回路によりＡＣモータへの出力周波数を変化させてその回転数を変えるようにしてもよい。そして、第１の電動機３によりディスプレーサー２８を作動し、第１の電動機３の回転数に対応してコールドヘッド１段２２とコールドヘッド２段２３とが所定温度に夫々冷却され、冷媒たるヘリウムガスを膨張させて減圧対象物Ｗ内に存する気体が捕捉される。

圧縮機Ｃｍとしては公知のものが利用でき、第２の電動機７１により圧縮部７２を作動させてこの圧縮部７２で圧縮したヘリウムガスを第２の電動機７１の回転速度に応じた流量で高圧側アキュムレータ５に圧縮されたヘリウムガスを供給する。第２の電動機７１としては、ＤＣモータやＡＣモータ等公知のものが利用でき、上記同様、ＡＣモータを用いる場合には、図示省略のインバータ回路を設けてインバータ回路によりＡＣモータへの出力周波数を変化させてその回転数を変えるようにしてもよい。高圧側アキュムレータ５は、後述するように、特定の第１の電動機３のみを作動させるとき、その冷却部２２，２３に供給するのに必要な量のヘリウムを貯蔵できる容積を有する。制御手段Ｃｕは、マイクロコンピュータ、シーケンサ、メモリ等を備えた公知のものであり、第１及び第２の各電動機３，７１の作動等を統括制御したり、温度センサＴＣからの出力が入力されたりするようになっている。以下に、図２及び図３を参照して、減圧システムＰＳの作動手順を具体的に説明する。

減圧対象物Ｗ内に存在するガス分子のうち、凝縮温度の高いＨ₂Ｏなどをバッフル２２ｂやシールド２２ａに凝縮させる場合を例に説明すると、制御手段Ｃｕのメモリ（図示せず）には、バッフル２２ｂやシールド２２ａの冷却の温度（８０Ｋ）を基準とし、この温度より高い所定温度を第１の閾値Ｔ１と、この温度より高い所定温度を第２の閾値Ｔ２とが予め設定されている。そして、第１の電動機３と第２の電動機７１とを作動し、各機械式冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３の冷却を行う。次に、温度センサＴＣの検出温度が第１の閾値Ｔ１から降温して第２の閾値Ｔ２より低くなると、第１の電動機３と第２の電動機７１とが夫々作動停止される。そして、温度センサＴＣの検出温度が第１の閾値Ｔ１より再び高くなると、第１の電動機３と第２の電動機７１との作動が夫々再開される。

ここで、図２に示すように、単一の圧縮機Ｃｍにより略同等の流量で各機械的冷凍機Ｃｐにヘリウムを供給する場合、冷却部２２，２３を第１の閾値Ｔ１から第２の閾値Ｔ２まで冷却するまでの間、各機械的冷凍機Ｃｐが夫々装着されている減圧対象物Ｗの内部で行われる処理や内部環境によっては、冷却速度（図２中、線ａ、ｂ、ｃで示すもの）が互いに異なる。具体的には、減圧対象物Ｗ内で加熱処理が行われ、その内部が比較的高い温度（例えば、４１５℃）となっている場合には、線ａの如く、その冷却速度が遅い一方で、その内部が比較的低い温度（例えば、室温）となっている場合には、線ｃの如く、その冷却速度が速く、早期に第２の閾値Ｔ２に達することになる。この場合、全ての機械的冷凍機Ｃｐにてその温度センサＴＣの検出温度が第２の閾値Ｔ２より低くならないと、第１の電動機３と第２の電動機７１とを作動停止しないのでは、省エネルギ化を図ることができない。

そこで、本実施形態では、制御手段Ｃｕのメモリに、減圧対象物Ｗの所定環境下にて第１の電動機３と第２の電動機７１とを作動させて第１の閾値Ｔ１から第２の閾値Ｔ２まで冷却部２２，２３を冷却する場合の単位時間当たりの降温速度を機械的冷凍機Ｃｐ毎に夫々測定して予めデータとして記憶させておく。なお、「予め」とは、例えば事前の検証によって得られた結果を用いてもよいし、または、第１の閾値Ｔ１から第２の閾値Ｔ２に到達するまでの降温速度を参照して判断してもよい。いずれかの機械的冷凍機Ｃｐが第１の閾値Ｔ１を超えた温度になった後、第１の電動機３と第２の電動機７１とを作動させて機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３を更に冷却する場合、制御手段Ｃｕは、上記データから最も降温速度が遅い一の機械的冷凍機Ｃｐ（例えば、図２中、線ａのもの）を選択する。そして、残りの機械的冷凍機Ｃｐ（図２中、線ｂ及びｃのもの）の第１の電動機を夫々断続的にオンオフ制御する。

残りの機械的冷凍機Ｃｐの各第１の電動機３を夫々オンオフ制御する時間は、予め取得したデータと、最も降温速度が遅い一の機械的冷凍機Ｃｐの降温速度とから予め算出してプログラムしておくことができ、また、最も降温速度が遅い一の機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３の温度センサＴＣの出力に応じて、残りの機械的冷凍機Ｃｐの各第１の電動機３をオンオフ制御することができる。これにより、図３に示すように、降温速度が最も遅いものには、優先的に冷媒が供給されるため、当該機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３は早期に降温し（図３中、線ａ’で示すもの）、残りの機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３が階段状に降温していき（（図３中、線ｂ’及び線ｃ’で示すもの）、その結果、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３での降温速度が平均化される。

次に、全ての機械的冷凍機Ｃｐにてその温度センサＴＣの検出温度が第２の閾値Ｔ２より低くなると、全ての第１の電動機３が作動停止された後、高圧側アキュムレータ５に所定体積の圧縮されたヘリウムが貯蔵されると、第２の電動機７１が作動停止される。この状態で放置すると、各機械的冷凍機Ｃｐへの入熱等により冷却部２２，２３が昇温していく。ここで、図２に示すように、減圧対象物Ｗの内部が比較的高い温度（例えば、４１５℃）である場合、線ａの如く、その昇温速度も速く、早期に第１の閾値Ｔ１まで冷却部２２，２３が温度上昇し、これでは、第１の電動機３と第２の電動機７１とを作動停止させている時間が短くなってしまう。

そこで、減圧対象物Ｗの所定環境下にて第２の閾値Ｔ２から第１の閾値Ｔ１まで冷却部２２，２３を昇温する場合の単位時間当たりの昇温速度を機械的冷凍機Ｃｐ毎に夫々測定して予めデータとして記憶されておく。そして、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３が昇温したとき、制御手段Ｃｕは、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部のうち昇温速度が比較的早いもの（図２中、線ａのもの）を選択し、この選択された機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３のみの作動を再開すると共に、高圧側アキュムレータ５に貯蔵されているヘリウムを供給し、当該機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３のみを選択的に一旦冷却するようにした。これにより、図３中、線ａ’で示すように、第１の閾値Ｔ１に到達するまでの時間を長くすることができる。なお、作動再開する第１の電動機３の数は、高圧側アキュムレータ５に貯蔵されているヘリウム量等を考慮して適宜設定することができる。そして、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３が更に昇温したとき、制御手段Ｃｕは、温度センサＴＣの測定温度から、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３における単位時間当たり温度上昇速度を算出し、第１の閾値に到達する時間の早いものから、当該第１の閾値に到達する前に順次第１の電動機３の作動を再開する。以降、減圧システムＰＳの運転中、上記操作を繰り返して、第１の閾値Ｔ１と、この第１の閾値より低い第２の閾値Ｔ２との間に各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３の温度が夫々保持されるように第１の電動機３と第２の電動機７１との作動が夫々制御される。なお、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３は、その経時変化によりその排気能力が劣化していくのが一般である。このため、例えば冷却部２２，２３の作動時間に応じて、第１の電動機３をオンオフ制御する時間を変えるようにしてもよい。

以上によれば、各機械的冷凍機Ｃｐのいずれかが第１の閾値Ｔ１より高い温度になってその冷却部２２，２３の冷却が必要になると、圧縮機Ｃｍの第２の電動機７１が作動して各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３にヘリウムが夫々供給されると共に、各機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３が夫々作動される。そして、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３のうち最も降温速度が遅い一の機械的冷凍機Ｃｐを選択し、残りの機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３をオンオフ制御することで、降温速度が最も遅いものには、優先的に冷媒を供給されて、各冷却部２２，２３での降温速度が平均化される。このとき、第１の電動機３を作動停止している分だけ、消費電力が削減され、しかも、降温速度が最も遅いものを早期に第２の閾値まで降温できるため、全体の運転時間も短くなり、その分だけ更に消費電力が削減される。また、第１の電動機３を断続的にオンオフ制御するものであるため、インバータを設けて回転数制御するものと比較してコスト面でも有利となる。

更に、第１及び第２の両電動機３，７１が停止された後、各機械的冷凍機Ｃｐが昇温する際、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部のうち降温速度が比較的早い減圧手段を少なくとも１つ選択し、この選択された機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３のみを一旦オンし、高圧側アキュムレータ５に貯蔵されているヘリウムにより一時的に当該機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３のみを選択的に冷却するため、選択されていない各機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３の作動開始を遅らせることができると共に、第２の電動機７１の作動をも遅らせることができ、更なる消費電力の削減が可能となる。なお、貯蔵されているヘリウムがなくなると、例えば、当該機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３をオフし、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３の第２の閾値Ｈ_２より高くなると、第１及び第２の両電動機３，７１を再度作動させればよい。また、第１の閾値Ｔ１に到達する時間の早いものから順次第１の電動機３の作動を再開するため、第２の閾値Ｔ２から第１の閾値Ｔ１まで温度上昇する際、各機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３の作動開始を個別に遅らせることができ、更なる消費電力の削減が可能となる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記のもの限定されるものではない。本発明では、第１及び第２の両電動機３，７１をオンオフ制御するものを例に説明したが、両電動機をＡＣモータとし、インバータを設けて回転数を変化させて消費電力を削減するような場合にも当然に本発明は適用することができる。また、上記実施形態では、減圧手段としてクライオンポンプたる機械式冷凍機を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、真空チャンバに設けるクライオパネル等にも本発明を適用することができる。

更に、上記実施形態では、制御手段Ｃｕのメモリに予めデータとして記憶させたものに基づき第１の電動機３と第２の電動機７１との作動を夫々制御するものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、減圧対象物Ｗの所定環境下にて第１の電動機３と第２の電動機７１とを作動させて第１の閾値Ｔ１から第２の閾値Ｔ２まで各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３を冷却する場合、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３毎の温度をリアルタイムに測定し、この測定値に応じて第１の電動機３と第２の電動機７１との作動を適宜制御するようにしてもよい。図４を参照して、２個の機械的冷凍機Ｃｐの作動を制御する場合を例に説明すると、制御手段Ｃｕは、冷却開始当初の所定時間において、各機械的冷凍機Ｃｐのうち、上記測定値から定まる降温速度が最も遅い一の機械的冷凍機Ｃｐ（例えば、図４中、線ｄのもの）を選択する。そして、他の機械的冷凍機Ｃｐ（図４中、線ｅのもの）の第１の電動機３を断続的にオンオフ制御し、各冷却部２２，２３での降温速度を平均化する。

ここで、上記のように各機械的冷凍機Ｃｐの第１の電動機３をオンオフ制御する間に、他の機械的冷凍機Ｃｐの冷却が行われないことで、その測定値が、一の機械的冷凍機Ｃｐの測定温度を超え、最も降温速度が遅い機械的冷凍機Ｃｐの選択が切り替わってしまう不具合が生じる虞がある。この場合、本来最も降温速度が遅い一の機械的冷凍機Ｃｐに冷媒が供給されなくなり、不適である。そこで、上記他の機械的冷凍機Ｃｐの測定温度が、制御手段Ｃｕにより最初に決定された最も降温速度が遅い一の機械的冷凍機Ｃｐの測定を超えないようにオンオフ制御されることが好ましい（図４参照）。

具体的には、オンオフ制御は、機器の応答速度を適宜考慮して、例えば、一の機械的冷凍機Ｃｐの測定温度と他の機械的冷凍機Ｃｐの測定温度との差が−５℃になると、第１の電動機３をオフし、一の機械的冷凍機Ｃｐの測定温度と他の機械的冷凍機Ｃｐの測定温度との差が−１℃になると、第１の電動機３をオンすればよい。これにより、降温速度が最も遅いものには、優先的に冷媒が供給されるため、当該一の機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３は早期に降温し（図４中、線ｄで示すもの）、他の機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３は、一の機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３より高い温度になることなく、階段状に降温していき（（図４中、線ｅで示すもの）、その結果、各機械的冷凍機Ｃｐの冷却部２２，２３での降温速度が確実に平均化される。

ＰＳ…減圧システム、Ｃｐ…機械式冷凍機（減圧手段）、Ｃｍ…圧縮機（圧縮手段）、２２…コールドヘッド１段（冷却部）、２３…コールドヘッド２段（冷却部）、２８…ディスプレーサー（駆動部）、３…第１の電動機、５…高圧側アキュムレータ（アキュムレータ）、第１の電動機、７１…第２の電動機、７２…圧縮部、ＴＣ…温度センサ（測定手段）。Ｃｕ…制御手段、Ｔ１…第１の閾値、Ｔ２…第２の閾値。

Claims

第１の電動機により駆動部を作動させ、第１の電動機の回転数に対応して冷却部を所定温度に冷却してこの冷却部にて冷媒を膨張させて気体を捕捉する複数の減圧手段と、第２の電動機により圧縮部を作動させてこの圧縮部で圧縮した冷媒を第２の電動機の回転速度に応じた流量で各減圧手段に夫々供給する単一の圧縮手段と、各減圧手段の冷却部の温度を夫々測定する測定手段とを備える減圧システムであって、
第１の閾値と、この第１の閾値より低い第２の閾値との間に冷却部の温度が保持されるように第１及び第２の両電動機の作動を夫々制御する制御手段を備えるものにおいて、
制御手段は、第１及び第２の両電動機を作動させて各減圧手段の冷却部の温度が第１の閾値から第２の閾値に達するまでの間で、各減圧手段の冷却部のうち最も降温速度が遅い一の減圧手段を選択し、残りの減圧手段の第１の電動機の回転数を夫々下げ、各減圧手段の冷却部が第２の閾値に夫々達すると、全ての減圧手段の第１の電動機を夫々作動停止させることを特徴とする減圧システム。
圧縮した冷媒を貯蔵するアキュムレータを更に備え、
前記制御手段は、全ての第１電動機が作動停止された後、このアキュムレータに所定体積の冷媒が貯蔵されると、第２の電動機の回転数を低下させ、この状態で各減圧手段の冷却部が昇温したとき、各減圧手段の冷却部のうち昇温速度が比較的早い減圧手段を少なくとも１つ選択し、この選択された減圧手段の第１の電動機の回転数を上げると共に、アキュムレータに貯蔵されている冷媒を供給し、当該減圧手段の冷却部のみを選択的に冷却することを特徴とする請求項１記載の減圧システム。
前記制御手段は、各減圧手段の冷却部における単位時間当たり温度上昇速度を算出し、第２の電動機の作動を再開させ、第１の閾値に到達する時間の早いものから順次第１の電動機の作動を再開することを特徴とする請求項１または請求項２記載の減圧システム。