KR20050058363A - 극저온 냉동기 - Google Patents

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KR20050058363A
KR20050058363A KR1020057002792A KR20057002792A KR20050058363A KR 20050058363 A KR20050058363 A KR 20050058363A KR 1020057002792 A KR1020057002792 A KR 1020057002792A KR 20057002792 A KR20057002792 A KR 20057002792A KR 20050058363 A KR20050058363 A KR 20050058363A
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히데카즈 다나카
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

전원(20)과 냉동기 유닛(10)의 흡배기(吸排氣) 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터(14) 사이에 인버터(22)를 마련하고, 냉동기 유닛(10)의 열부하(熱負荷)부(11)의 온도를 검출하는 온도센서(24)의 출력에 따라서, 상기 인버터(22)의 출력주파수를 제어한다. 이로써, 전기히터를 이용하지 않고, 신뢰성이 높은 방법으로 개개의 냉동기의 온도조정을 가능하게 한다.

Description

극저온 냉동기{Very low temperature refrigerator}
본 발명은, 극저온 냉동기에 관한 것으로서, 특히, 크라이오펌프, 초전도 마그넷, 극저온 계측장치, 간이(簡易) 액화기(simple liquefaction apparatus) 등에 이용하기에 적합한, 온도조절을 행하는 것이 가능한 극저온 냉동기에 관한 것이다.
극저온 냉동기는, 일반적으로, 축냉재(蓄冷材)를 수납함과 동시에 팽창실을 내부에 가지는 팽창식 냉동기 유닛과, 압축기 본체를 수납한 압축기 유닛을 구비하고 있으며, 상기 냉동기 유닛이 극저온으로 냉각되어야 할 장치나 용기 등에 설치된다. 그리고, 압축기 유닛에 의해서 고압으로 한 냉매가스를 냉동기 유닛에 보내고, 여기서, 그 고압의 냉매가스를 축냉재에 의해 냉각한 다음 팽창시켜 더욱 냉각하고, 그 저압의 냉매가스를 압축기 유닛에 되돌려 보낸다는 냉동 사이클을 반복함으로써, 극저온을 얻고 있다.
이와 같은 냉동기에서 온도조절을 행하는 경우, 종래는, 냉동기 유닛에 전기히터를 설치함으로써, 열부하(熱負荷)를 넣어 온도를 조절하고 있었다.
그러나, 극저온의 환경에서 사용하기 때문에, 히터의 신뢰성이 낮고, 때때로 절연불량이나, 이에 따른 누전에 의한 긴급정지 등의 바람직하지 못한 현상을 발생하고 있었다.
또한, 다른 방법으로서, 일본국 특허공개 2000-121192호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 압축기 본체의 회전수를 인버터로 제어하고, 가스량을 조정하여 온도조정하는 것도 생각할 수 있다. 이 방법은, 1대(臺)의 압축기 유닛으로 1대의 냉동기 유닛을 운전하는 경우는 유효하지만, 1대 혹은 복수대의 압축기 유닛으로 복수대의 냉동기 유닛을 운전하는 경우는, 개개의 냉동기 유닛의 온도조정을 행할 수 없다는 문제점을 가지고 있었다.
더욱이, 1대 혹은 복수대의 압축기 유닛으로 복수대의 냉동기 유닛을 운전하는 경우에는, 각 냉동기 유닛의 기동시의 밸브 타이밍 그대로이기 때문에, 각 냉동기 유닛에 흐르는 가스유량에 편차(흡기 타이밍이 겹쳐진 경우에 먼저 흡기되는 냉동기 유닛에 많이 흐른다)가 발생하고, 냉동기 유닛 사이의 냉동능력에 편차가 생긴다는 문제점도 가지고 있었다.
도 1은, 본 발명에 관한 극저온 냉동기의 제 1 실시형태의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2는, 제 1 실시형태의 효과를 종래예와 비교하여 나타낸 선도이다.
도 3은, 본 발명의 제 2 실시형태의 구성을 나타낸 관로도(管路圖)이다.
도 4는, 본 발명의 제 3 실시형태의 구성을 나타낸 관로도이다.
도 5는, 본 발명의 제 4 실시형태의 구성을 나타낸 관로도이다.
도 6은, 본 발명의 제 5 실시형태인 크라이오펌프의 개략 구성도이다.
도 7은, 본 발명의 제 6 실시형태인 초전도 마그넷의 개략 구성도이다.
도 8은, 본 발명의 제 7 실시형태인 극저온 측정장치의 개략 구성도이다.
도 9는, 본 발명의 제 8 실시형태인 간이(簡易) 액화기의 개략 구성도이다.
도 10은, 본 발명의 제 9 실시형태인 간이 액화기에 액면계(液面計; liquid-level indicator)를 사용한 경우의 개략 구성도이다.
본 발명은, 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 상온(常溫)부에 마련한 온도제어기구에 의해서, 온도조절 가능하게 하는 것을 제 1 과제로 한다.
본 발명은, 또한, 1대 혹은 복수대의 압축기 유닛으로 복수대의 냉동기 유닛을 운전하는 경우의 냉동기 유닛 간의 편차를 해소하는 것을 제 2 과제로 한다.
본 발명은, 더욱, 소비전력을 저감하는 것을 제 3 과제로 한다.
본 발명은, 극저온 냉동기에 있어서, 전원과 냉동기 유닛의 흡배기(吸排氣)의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터 사이에 마련된, 이 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단과, 냉동기 유닛의 열부하(熱負荷)부의 온도를 검출하는 온도센서와, 이 온도센서의 출력신호에 따라서, 상기 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비함으로써, 상기 제 1 과제를 해결한 것이다.
또한, 1대 혹은 복수대의 압축기 유닛으로 복수대의 냉동기 유닛을 운전하는 경우에, 상기 수단을 이용한 냉동기 유닛을 구성함으로써, 상기 제 2 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 극저온 냉동기에 있어서, 전원과 압축기 유닛의 압축기 본체 모터와의 사이에 마련된, 이 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단과, 상기 압축기 본체의 토출구(吐出口)와 상기 냉동기 유닛의 냉매공급구를 접속하는 고압냉매관에 설치된 고압 압력센서와, 상기 압축기 본체의 흡입구(吸入口)와 상기 냉동기 유닛의 냉매배출구를 접속하는 저압냉매관에 설치된 저압 압력센서와, 상기 고압 압력센서와 상기 저압 압력센서의 출력신호에 따라서, 상기 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 압축기 유닛을 사용하여, 상기 냉동기 유닛의 복수대(臺)와, 상기 압축기 유닛 1대 혹은 복수대로 구성함으로써, 상기 제 3 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 극저온 냉동기에 있어서, 전원과 압축기 유닛의 압축기 본체 모터와의 사이에 마련된, 이 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단과, 상기 압축기 본체의 토출구와 상기 냉동기 유닛의 냉매공급구를 접속하는 고압냉매관과 상기 압축기 본체의 흡입구와 상기 냉동기 유닛의 냉매배출구를 접속하는 저압냉매관 사이에 설치된 차압(差壓) 압력센서와, 이 차압 압력센서의 출력신호에 따라서, 상기 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 압축기 유닛을 사용하여, 상기 냉동기 유닛의 복수대(臺)와, 상기 압축기 유닛 1대 혹은 복수대로 구성함으로써, 상기 제 3 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 상기 냉동기 유닛 혹은 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 크라이오펌프를 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 크라이오펌프의 크라이오패널(cryopanel)의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와, 이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 크라이오펌프를 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
또한, 상기 냉동기 유닛 혹은 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 초전도 마그넷의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와, 이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
또한, 상기 냉동기 유닛 혹은 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 극저온 계측장치를 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 극저온 계측장치의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와, 이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 극저온 계측장치를 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 상기 냉동기 유닛 혹은 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 간이 액화기를 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
본 발명은, 또한, 간이 액화기의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와, 이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 간이 액화기를 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
또한, 간이 액화기의 액류용기(液溜容器) 내의 액면(液面)검출수단과, 이 액면검출수단의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 간이 액화기를 제공함으로써, 상기 제 1 과제를 해결하고, 더욱이, 상기 제 2, 3 과제를 해결한 것이다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.
본 발명의 제 1 실시형태는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명을, 2단(段) G-M(기포드ㆍ맥마흔(Gifford-McMahon)) 사이클 냉동기의 냉동기 유닛(10)의 1단(段) 저온부(11)의 온도를 조정하는 경우에 적용한 것으로서, 전원(20)과 냉동기 유닛(10)의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터(14) 사이에 마련된 인버터(22)와, 냉동기 유닛(10)의 열부하(熱負荷)부인 1단 저온부(11)의 온도를 검출하는 온도센서(24)와, 이 온도센서(24)의 출력에 따라서, 상기 인버터(22)의 출력주파수를 피드백 제어하는 컨트롤러(26)를 구비하고 있다. 도면에 있어서, 12는, 상기 냉동기 유닛(10)의 2단(段) 저온부이다.
본 실시형태에 있어서, 인버터(22)의 출력주파수는, 온도센서(24)에 의해서 검출된 1단 저온부(11)의 온도에 따라서, 컨트롤러(26)에 의해서 피드백 제어되고, 흡배기밸브 구동용 모터(14)에 의해서, 냉동기 유닛(10)의 흡배기의 사이클 타임이 조정된다. 따라서, 1단 저온부(11)의 온도가 목표치보다 낮을 때는, 냉동기의 흡배기의 사이클 타임을 길게 함으로써, 1단 저온부(11)의 온도를 올릴 수 있다. 역으로, 1단 저온부(11)의 온도가 목표치보다 높을 때는, 냉동기 흡배기의 사이클 타임을 짧게 함으로써, 1단 저온부(11)의 온도를 내릴 수 있다.
부하를 15W, 5W, 0W로 변화시킨 경우의 1단 저온부의 온도(1단 온도라고 칭한다)의 변화상태를 도 2에 나타낸다. 종래와 같이 냉동기 회전수를 72rpm으로 고정한 경우에는, 1단 온도가, 파선(波線)으로 나타낸 바와 같이, 부하가 줄어듬에 따라서 100.9K로부터 65K, 45K로 내려간 것에 반하여, 본 발명에 의해서, 냉동기 회전수를 부하 5W의 경우에 42rpm, 부하 0W의 경우에 30rpm으로 내린 경우에는, 실선으로 나타낸 바와 같이, 1단 온도를 거의 100K로 일정하게 유지할 수 있었다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다.
본 실시형태는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 1대(臺)의 압축기 유닛(30)으로 3대의 2단 G-M 사이클 냉동기의 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)을 운전하는 경우에 본 발명을 적용한 것으로서, 각 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 인버터(22A, 22B, 22C), 온도센서(24A, 24B, 24C), 및, 컨트롤러(26A, 26B, 26C)가 설치되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 각 냉동기 유닛은, 1단 저온부의 온도가 목표치가 되도록 흡배기의 사이클 타임을 컨트롤할 수 있으므로, 냉동기 유닛 간의 편차를 해소할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태를 설명한다.
본 실시형태는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 1대의 압축기 유닛(30)으로 3대의 2단 G-M 사이클 냉동기의 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)을 운전하는 경우에 본 발명을 적용한 것으로서, 각 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 인버터(22A, 22B, 22C), 온도센서(24A, 24B, 24C), 및, 컨트롤러(26A, 26B, 26C)가 설치되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 더욱이, 전원(20)과 압축기 유닛(30) 사이에 설치된 제2인버터(40)와, 압축기 유닛(30)과 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)을 연결하는 작동가스배관의 고압가스라인(32) 및 저압가스라인(34)에 각각 설치된 압력센서(42, 44)와, 이 압력센서(42, 44)의 출력신호에 근거하여 고압가스와 저압가스의 차압(差壓)을 산출하고, 제2인버터(40)의 출력주파수를 제어함으로써, 압축기의 회전수를 조정하여, 차압을 조정하는 제2컨트롤러(46)를 구비하고 있다.
본 실시형태에 있어서, 우선 냉동기의 냉동능력은, 고압가스와 저압가스의 차압으로 결정되므로, 압력센서(42, 44)의 출력에 의해서 차압을 일정치로 제어한다. 이때, 열부하가 작은 냉동기 유닛은, 그 흡배기의 사이클 타임을 인버터(22A, 22B, 또는 22C)로 길게 함으로써, 가스유량을 적게 하고, 요구되는 온도로 조정할 수 있다. 이때, 그 냉동기 유닛에 흐르는 가스량이 줄어듬으로써, 차압이 오르려고 하지만, 차압을 일정하게 하도록 인버터(40)에 의해서 압축기(30)의 회전수가 내려가므로, 전체의 소비전력을 저감할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 각 냉동기 유닛에 설치한 인버터(22A, 22B, 22C)에 의한 각 냉동기마다의 온도조절과, 각각에 의한 냉동기 유닛 간의 편차해소에 더하여, 압축기 유닛(30)에 설치한 제2인버터(40)에 의한 소비전력 저감의 양립을 도모할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태를 설명한다.
본 실시형태는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 1대의 압축기 유닛(30)으로 3대의 2단 G-M 사이클 냉동기의 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)을 운전하는 경우에 본 발명을 적용한 것으로서, 각 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 인버터(22A, 22B, 22C), 온도센서(24A, 24B, 24C), 및, 컨트롤러(26A, 26B, 26C)가 설치되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, 더욱이, 전원(20)과 압축기 유닛(30) 사이에 설치된 제2인버터(40)와, 압축기 유닛(30)과 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)을 연결하는 작동가스배관의 고압가스라인(32) 및 저압가스라인(34)에 설치된 차압(差壓) 압력센서(48)와, 이 차압 압력센서(48)의 출력신호에 근거하여, 제2인버터(40)의 출력주파수를 제어함으로써, 압축기 유닛(30)의 회전수를 조정하여, 차압을 조정하는 제2컨트롤러(46)를 구비하고 있다.
본 실시형태에 있어서, 우선 냉동기의 냉동능력은, 고압가스와 저압가스의 차압으로 결정되므로, 차압 압력센서(48)의 출력에 의해서 차압을 일정치로 제어한다. 이때, 열부하가 작은 냉동기 유닛은, 그 흡배기의 사이클 타임을 인버터(22A, 22B, 또는 22C)로 길게 함으로써, 가스유량을 적게 하고, 요구되는 온도로 조정할 수 있다. 이때, 냉동기 유닛에 흐르는 가스량이 줄어듬으로써, 차압이 오르려고 하지만, 차압을 일정하게 하도록 인버터(40)에 의해서 압축기(30)의 회전수가 내려가므로, 전체의 소비전력을 저감할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 각 냉동기 유닛에 설치한 인버터(22A, 22B, 22C)에 의한 각 냉동기마다의 온도조절과, 그에 의한 냉동기 유닛 간의 편차해소에 더하여, 압축기 유닛(30)에 설치한 제2인버터(40)에 의한 소비전력 저감을 도모할 수 있다.
다음으로, 본 발명을 크라이오펌프에 적용한 제 5 실시형태를 도 6에 나타낸다. 이 도면은, 본 발명의 제 3 실시형태를 크라이오펌프에 적용한 것으로서, 도 4에 나타낸 것과 마찬가지의 구성, 작용을 가지는 부분은 동일 부호로 표시하고, 그 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서, 50A, 50B, 50C는, 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)이 설치된 펌프용기이며, 52A, 52B, 52C는 예컨대 반도체 제조장치에 있어서 진공배기되는 챔버이다. 온도센서(24A, 24B, 24C)는, 냉동기 유닛의 1단 혹은 2단의 열부하부에 한정되지 않고, 크라이오펌프의 크라이오패널의 임의의 위치에 설치된다.
본 실시형태에 의하면, 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 각 냉동기 유닛에 설치된 인버터(22A, 22B, 22C)에 의한 각 냉동기마다의 온도조절과, 그에 의한 냉동기 유닛 간의 편차해소에 더하여, 압축기 유닛(30)에 설치한 제2인버터(40)에 의한 소비전력 저감을 도모할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 크라이오펌프와 냉동기 유닛은, 1 대 1의 조합이지만, 1대의 크라이오펌프에 대하여, 복수대의 냉동기 유닛을 사용한 시스템에서도 적용할 수 있다. 또한, 제 1 실시형태, 제 2 실시형태, 및, 제 4 실시형태를 적용할 수도 있다.
다음으로, 본 발명을 초전도 마그넷에 적용한 제 6 실시형태를 도 7에 나타낸다. 이 도면은, 본 발명의 제 3 실시형태를 초전도 마그넷에 적용한 것으로서, 도 4에 나타낸 것과 마찬가지의 구성, 작용을 가지는 부분은 동일 부호로 표시하고, 그 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서, 60A, 60B, 60C는, 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)이 설치된 초전도 마그넷이며, 62A, 62B, 62C는 예컨대 핵자기 공명 이미징(MRI)장치이다. 온도센서(24A, 24B, 24C)는, 냉동기 유닛의 1단 혹은 2단의 열부하부에 한정되지 않고, 초전도 마그넷의 임의의 위치에 설치된다.
본 실시형태에 의하면, 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 각 냉동기 유닛에 설치한 인버터(22A, 22B, 22C)에 의한 각 냉동기마다의 온도조절과, 그에 의한 냉동기 유닛 간의 편차해소에 더하여, 압축기 유닛(30)에 설치한 제2인버터(40)에 의한 소비전력 저감을 도모할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 초전도 마그넷과 냉동기 유닛은, 1 대 1의 조합이지만, 1대의 초전도 마그넷에 대하여, 복수대의 냉동기 유닛을 사용한 시스템에서도 적용할 수 있다. 또한, 제 1 실시형태, 제 2 실시형태, 및, 제 4 실시형태를 적용할 수도 있다.
여기서는, 의료의 분야에서 사용되는 MRI에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 그 이외의 분야에서 사용되는 초전도 마그넷(예컨대 MCZ 등)에 대해서도 적용할 수 있다.
다음으로, 본 발명을 극저온 측정장치에 적용한 제 7 실시형태를 도 8에 나타낸다. 이 도면은, 본 발명의 제 3 실시형태를 극저온 측정장치에 적용한 것으로서, 도 4에 나타낸 것과 마찬가지의 구성, 작용을 가지는 부분은 동일 부호로 표시하고, 그 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서, 70A, 70B, 70C는, 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)이 설치된 극저온 측정장치(예컨대 X선 회절 측정장치, 광투과 측정장치, 포토루미네선스 측정장치, 초전도체 측정장치, 홀효과(Hall-effect) 측정장치 등)이다. 온도센서(24A, 24B, 24C)는, 냉동기 유닛의 1단 혹은 2단의 열부하부에 한정되지 않고, 극저온 측정장치의 임의의 위치에 설치된다.
본 실시형태에 의하면, 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 각 냉동기 유닛에 설치한 인버터(22A, 22B, 22C)에 의한 각 냉동기마다의 온도조절과, 그에 의한 냉동기 유닛 간의 편차해소에 더하여, 압축기 유닛(30)에 설치한 제2인버터(40)에 의한 소비전력 저감을 도모할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 초저온 측정장치와 냉동기 유닛은, 1 대 1의 조합이지만, 1대의 극저온 측정장치에 대하여, 복수대의 냉동기 유닛을 사용한 시스템에서도 적용할 수 있다. 또한, 제 1 실시형태, 제 2 실시형태, 및, 제 4 실시형태를 적용할 수도 있다.
다음으로, 본 발명을 간이(簡易) 액화기에 적용한 제 8 실시형태를 도 9에 나타낸다. 이 도면은, 본 발명의 제 3 실시형태를 간이 액화기에 적용한 것으로서, 도 4에 나타낸 것과 마찬가지의 구성, 작용을 가지는 부분은 동일 부호로 표시하고, 그 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서, 80A, 80B, 80C는, 냉동기 유닛(10A, 10B, 10C)이 설치된 액류용기(液溜容器)이고, 82A, 82B, 82C는 가스라인이다. 온도센서(24A, 24B, 24C)는, 냉동기 유닛의 1단 혹은 2단의 열부하부에 한정되지 않고, 간이 액화기의 임의의 위치에 설치된다.
본 실시형태에 의하면, 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 각 냉동기 유닛에 설치한 인버터(22A, 22B, 22C)에 의한 각 냉동기마다의 온도조절과, 그에 의한 냉동기 유닛 간의 편차해소에 더하여, 압축기 유닛(30)에 설치한 제2인버터(40)에 의한 소비전력 저감을 도모할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 온도센서(24A, 24B, 24C) 대신에, 도 10에 나타낸 제 9 실시형태와 같이, 상기 액류용기(80A, 80B, 80C)의 내부에 액면(液面)센서(28A, 28B, 28C)를 설치하고, 이 액면센서의 출력에 따른 제어를 행함으로써 제 3 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 간이 액화기와 냉동기 유닛은, 1 대 1의 조합이지만, 1대의 간이 액화기에 대하여, 복수대의 냉동기 유닛을 사용한 시스템에서도 적용할 수 있다. 또한, 제 1 실시형태, 제 2 실시형태, 및, 제 4 실시형태를 적용할 수도 있다.
상기 실시형태에 있어서는, 모두, 2단 G-M 사이클 냉동기를 제어하도록 되어 있었지만, 본 발명의 적용대상은 이에 한정되지 않고, 냉동기 일반(예컨대, 단단(單段; first-stage) G-M 사이클 냉동기, 3단 G-M 사이클 냉동기, 변형 솔베이 사이클(modified Solvay cycle) 냉동기, 펄스관식(pulse tube type) 냉동기 등)의 온도제어에도 마찬가지로 적용할 수 있는 것은 분명하다. 또한, 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 기구도 흡배기밸브 구동용 모터에 한정되지 않는다.
본 발명에 의하면, 온도제어기구를 구성하는 인버터나 컨트롤러가 상온(常溫)부에 있기 때문에, 전기히터를 저온부에 설치하는 경우에 비하여 신뢰성이 높은 방법으로, 냉동기의 온도조절을 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 1대(臺) 혹은 복수대의 압축기 유닛으로 복수대의 냉동기 유닛을 운전하는 경우이더라도, 개개의 냉동기 유닛의 온도조정이 가능하게 되어, 냉동기 유닛 간의 편차를 해소할 수 있다.
특히, 압축기 유닛의 인버터제어를 조합한 경우에는, 시스템으로서 최적인 가스유량을 얻도록 압축기의 회전수를 조정하여, 소비전력을 저감하는 것이 가능하게 된다.

Claims (16)

  1. 전원과 냉동기 유닛의 흡배기(吸排氣)의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 사이에 마련된, 이 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단과,
    냉동기 유닛의 열부하(熱負荷)부의 온도를 검출하는 온도센서와,
    이 온도센서의 출력신호에 따라서, 상기 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동기 유닛.
  2. 청구항 1에 기재된 냉동기 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  3. 전원과 압축기 유닛의 압축기 본체 모터와의 사이에 마련된, 이 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단과,
    상기 압축기 본체의 토출구(吐出口)와 상기 냉동기 유닛의 냉매공급구를 접속하는 고압냉매관에 설치된 고압 압력센서와,
    상기 압축기 본체의 흡입구(吸入口)와 상기 냉동기 유닛의 냉매배출구를 접속하는 저압냉매관에 설치된 저압 압력센서와,
    상기 고압 압력센서와 상기 저압 압력센서의 출력신호에 따라서, 상기 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 압축기 유닛을 사용하여,
    청구항 1에 기재된 냉동기 유닛의 복수대(臺)와,
    상기 압축기 유닛 1대 혹은 복수대로 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
  4. 전원과 압축기 유닛의 압축기 본체 모터와의 사이에 마련된, 이 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단과,
    상기 압축기 본체의 토출구와 상기 냉동기 유닛의 냉매공급구를 접속하는 고압냉매관과 상기 압축기 본체의 흡입구와 상기 냉동기 유닛의 냉매배출구를 접속하는 저압냉매관 사이에 설치된 차압(差壓) 압력센서와,
    이 차압 압력센서의 출력신호에 따라서, 상기 압축기 본체 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 압축기 유닛을 사용하여,
    청구항 1에 기재된 냉동기 유닛의 복수대(臺)와,
    상기 압축기 유닛 1대 혹은 복수대로 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동기.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  6. 청구항 5에 있어서,
    크라이오펌프의 크라이오패널(cryopanel)의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와,
    이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  7. 청구항 1에 기재된 냉동기 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
  8. 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
  9. 청구항 7항 또는 청구항 8에 있어서,
    초전도 마그넷의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와,
    이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
  10. 청구항 1에 기재된 냉동기 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 극저온 계측장치.
  11. 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 극저온 계측장치.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    극저온 계측장치의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와,
    이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 극저온 계측장치.
  13. 청구항 1에 기재된 냉동기 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 간이(簡易) 액화기.
  14. 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 극저온 냉동기를 구비한 것을 특징으로 하는 간이 액화기.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    간이 액화기의 임의의 위치의 온도를 검출하는 온도센서와,
    이 온도센서의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 간이 액화기.
  16. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    간이 액화기의 액류용기(液溜容器) 내의 액면(液面)검출수단과,
    이 액면검출수단의 출력에 따라서, 냉동기 유닛의 흡배기의 사이클 타임을 관리하는 흡배기밸브 구동용 모터의 주파수를 가변시키는 수단을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 간이 액화기.
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