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図面 (8)

課題

複数台極低温冷凍機ディスプレーサにより発生する振動騒音を低減する。

解決手段

冷凍システムは、モータ22の駆動によりシリンダ23内でディスプレーサ24が往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガス膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出する検出手段26と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数演算する演算手段11と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段12とを有する。

概要

背景

極低温冷凍機は例えば超電導マグネットを冷却することができ、MRI(Magnetic Resonance Imaging(磁気共鳴画像))装置、重粒子線がん治療装置等のヘルスケア機器の冷却システムとして採用されている。しかしこの極低温冷凍機は、運転時に振動騒音が発生するため、患者への負担や精密機器への障害となっている。パルスチューブ冷凍機等の低振動型の極低温冷凍機も存在しているが、従来のGM(ギフォード・マクマホン(Gifford McMahon)冷凍機などの、ディスプレーサ(Displacer)を使用した冷凍機に比べて信頼性や性能が劣っているため、従来型高信頼性かつ高性能な極低温冷凍機であるディスプレーサを使用した冷凍機の振動及び騒音を低減させる必要がある。

このディスプレーサを使用した極低温冷凍機は、コンプレッサにより圧縮されたヘリウムガスなどの冷媒ガス作動流体)をシリンダ内部のディスプレーサでの周期的な往復運動上下運動)により断熱膨張させ、このディスプレーサ内の蓄冷器熱交換することにより冷却端を冷却する。
また、冷却端の温度を計測し、演算制御部により、冷却対象の温度が目標冷却温度を維持するように複数台の冷凍機を稼働制御する技術がある。

概要

複数台の極低温冷凍機のディスプレーサにより発生する振動や騒音を低減する。冷凍システムは、モータ22の駆動によりシリンダ23内でディスプレーサ24が往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出する検出手段26と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数演算する演算手段11と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段12とを有する。

目的

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、複数台の極低温冷凍機のディスプレーサにより発生する振動や騒音を低減することが可能な冷凍システムおよびその制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

モータの駆動によりシリンダ内ディスプレーサ往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガス膨張させることにより寒冷を発生させる複数台極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする冷凍システム。

請求項2

モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする冷凍システム。

請求項3

モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の動作圧力を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を演算し、前記演算した振動を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする冷凍システム。

請求項4

モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の動作圧力を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を演算し、前記演算した騒音を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする冷凍システム。

請求項5

モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の振動を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を演算し、前記演算した振動を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする冷凍システム。

請求項6

モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の振動を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を演算し、前記演算した騒音を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする冷凍システム。

請求項7

前記演算手段は、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動のピークのタイミングをずらすための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算することを特徴とする請求項1、3、5のいずれかに記載の冷凍システム。

請求項8

前記演算手段は、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音のピークのタイミングをずらすための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算することを特徴とする請求項2、4、6のいずれかに記載の冷凍システム。

請求項9

前記複数台の極低温冷凍機は、2台の極低温冷凍機であり、前記演算手段は、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記2台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を逆位相とするための、前記2台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算することを特徴とする請求項1、3、5のいずれかに記載の冷凍システム。

請求項10

前記複数台の極低温冷凍機は、2台の極低温冷凍機であり、前記演算手段は、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記2台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を逆位相とするための、前記2台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算することを特徴とする請求項2、4、6のいずれかに記載の冷凍システム。

請求項11

前記演算手段は、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のうち1台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を固定して、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制するための、他の前記極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算することを特徴とする請求項1、3、5のいずれかに記載の冷凍システム。

請求項12

前記演算手段は、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のうち1台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を固定して、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動により発生する互いの騒音を抑制するための、他の前記極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算することを特徴とする請求項2、4、6のいずれかに記載の冷凍システム。

請求項13

モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムの制御方法であって、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出し、前記検出した結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数を演算し、前記演算した結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動することを特徴とする冷凍システムの制御方法。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、冷凍システムおよびその制御方法に関する。

背景技術

0002

極低温冷凍機は例えば超電導マグネットを冷却することができ、MRI(Magnetic Resonance Imaging(磁気共鳴画像))装置、重粒子線がん治療装置等のヘルスケア機器の冷却システムとして採用されている。しかしこの極低温冷凍機は、運転時に振動騒音が発生するため、患者への負担や精密機器への障害となっている。パルスチューブ冷凍機等の低振動型の極低温冷凍機も存在しているが、従来のGM(ギフォード・マクマホン(Gifford McMahon)冷凍機などの、ディスプレーサ(Displacer)を使用した冷凍機に比べて信頼性や性能が劣っているため、従来型高信頼性かつ高性能な極低温冷凍機であるディスプレーサを使用した冷凍機の振動及び騒音を低減させる必要がある。

0003

このディスプレーサを使用した極低温冷凍機は、コンプレッサにより圧縮されたヘリウムガスなどの冷媒ガス作動流体)をシリンダ内部のディスプレーサでの周期的な往復運動上下運動)により断熱膨張させ、このディスプレーサ内の蓄冷器熱交換することにより冷却端を冷却する。
また、冷却端の温度を計測し、演算制御部により、冷却対象の温度が目標冷却温度を維持するように複数台の冷凍機を稼働制御する技術がある。

先行技術

0004

特開2004−317048号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記の極低温冷凍機を複数台設け、これらの極低温冷凍機の冷却端を熱的に接続して運転した場合、上記の複数台分のディスプレーサの往復運動による振動や騒音のピークのタイミングが重なり合うことで冷却対象の振動及び騒音が顕著に現れてしまう。

0006

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、複数台の極低温冷凍機のディスプレーサにより発生する振動や騒音を低減することが可能な冷凍システムおよびその制御方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

実施形態における冷凍システムは、モータの駆動によりシリンダ内でディスプレーサが往復運動することに伴い前記シリンダ内に形成された膨張空間内の冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生させる複数台の極低温冷凍機を有する冷凍システムであって、前記複数台の極低温冷凍機の前記ディスプレーサの往復運動の位相を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のディスプレーサの往復運動により発生する互いの振動を抑制するための、前記複数台の極低温冷凍機のモータの稼働周波数演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づいて、前記複数台の極低温冷凍機のモータを駆動する駆動手段とを有する。

発明の効果

0008

本発明によれば、複数台の極低温冷凍機のディスプレーサにより発生する振動や騒音を低減することができる。

図面の簡単な説明

0009

第1の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図。
第1の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャート
第1の実施形態における冷凍システムの演算装置による位相制御について説明する図。
第2の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図。
第2の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャート。
第3の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図。
第3の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャート。

実施例

0010

以下、実施形態について図面を用いて説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
(構成)
図1は、第1の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図である。
第1の実施形態における冷凍システムは、極低温冷凍機1とコントローラ10とを有する。極低温冷凍機1は、第1GM冷凍機20、第2GM冷凍機30を有する。
また、第1GM冷凍機20は、冷媒ガスを圧縮するための第1圧縮機(コンプレッサ)21と接続され、第2GM冷凍機30は第2圧縮機31と接続される。
第1ディスプレーサ位相計測部26、第2ディスプレーサ位相計測部36は、例えばレーザ計測によりディスプレーサの変位を連続的に計測する。
コントローラ10は、演算装置11、第1駆動部12、第2駆動部13を有する。
第1GM冷凍機20は、モータ22、シリンダ23、ディスプレーサ24、第1冷却端25、第1ディスプレーサ位相計測部26を有する。同様に、第2GM冷凍機30は、モータ32、シリンダ33、ディスプレーサ34、第2冷却端35、第2ディスプレーサ位相計測部36を有する。

0011

第1圧縮機21により圧縮された冷媒ガスは、第1圧縮機21と、この第1GM冷凍機20との間の冷媒ガスの流路の図示しない吸気弁が開いたときに第1GM冷凍機20のシリンダ23内に流入する。同様に、第2圧縮機31により圧縮された冷媒ガスは、第2圧縮機31と、この第2GM冷凍機30との間の冷媒ガスの流路の図示しない吸気弁が開いたときに第2GM冷凍機30のシリンダ33内に流入する。

0012

第1GM冷凍機20は、モータ22の駆動によりシリンダ内23でディスプレーサ24がシリンダ23の軸方向に沿って往復運動する構成とされている。また、シリンダ23とディスプレーサ24との間には、膨張空間が形成されている。そして、上記のようにディスプレーサ24がシリンダ23内で往復運動することにより、膨張空間に供給された高圧の冷媒ガスを膨張させ、これにより極低温の寒冷を発生させる構成とされている。第2GM冷凍機30についても同様である。

0013

この実施形態では、冷凍機としてGM冷凍機を適用した場合について説明するが、これに限らず、ディスプレーサを使用する各種の極低温冷凍装置(例えば、ソルベー冷凍機、スターリング冷凍機等)にも適用が可能である。
このような極低温冷凍機1は、第1GM冷凍機20の第1冷却端25と、第2GM冷凍機30の第2冷却端35とを熱的に接続して一体にした冷却端40を構成している。

0014

(作用)
以下、第1の実施形態における冷凍システムの動作について説明する。図2は、第1の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャートである。第1GM冷凍機20および第1圧縮機21の動作は、第2GM冷凍機30および第2圧縮機31の動作と同じであるため、第1GM冷凍機20および第1圧縮機21の動作を詳細に説明し、第2GM冷凍機30および第2圧縮機31の動作は簡略な説明に止める。

0015

まず、極低温冷凍機1内の第1GM冷凍機20及び第2GM冷凍機30を稼動させる。コントローラ10内の演算装置11は、第1ディスプレーサ位相計測部26からディスプレーサ24の変位を示すディスプレーサ位相信号を読み込み、第2ディスプレーサ位相計測部36からディスプレーサ34の変位を示すディスプレーサ位相信号を読み込む(A11)。

0016

演算装置11は、入力されるディスプレーサ位相信号を、内蔵するA/D変換器(図示せず)によりディジタルデータに変換し、公正を経てディスプレーサ24,34の往復運動の位相データとして記憶装置(図示せず)に記憶する。

0017

演算装置11は、第1GM冷凍機20と第2GM冷凍機30のディスプレーサ24,34の往復運動の位相データから、それぞれのディスプレーサ24,34の往復運動によって作り出される振動もしくは騒音の位相のピークのタイミングを検出する(A12)。

0018

ここで、位相計測した信号の全周波数のうち、振動を示す周波数や騒音を示す周波数は、予め実験シミュレーション等で決定しておくものとし、演算装置11は、該当の振動を示す周波数における位相ピークのタイミング、または、騒音を示す周波数における位相ピークのタイミングを検出する。

0019

上記のように検出した、第1GM冷凍機20のディスプレーサ24の往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングが第2GM冷凍機30のディスプレーサ34の往復運動によって作り出される振動の位相のピークのタイミングと重ならないように、または、第1GM冷凍機20のディスプレーサ24の往復運動によって作り出される騒音の位相のピークのタイミングが第2GM冷凍機30のディスプレーサ34の往復運動によって作り出される騒音の位相のピークのタイミングと重ならないように、演算装置11は、以下の位相制御のための演算を行う(A13)。
この位相制御は、古典制御理論に基づくPID制御現代制御理論に基づく制御などがリアルタイムで実施されるものである。

0020

図3は、第1の実施形態における冷凍システムの演算装置による位相制御について説明する図である。図4グラフ横軸を時間とし、縦軸を振動の大きさを示している。縦軸が騒音の場合も同様である。
図4に示したように、第1GM冷凍機20のディスプレーサ24の振動位相71のピークのタイミングと、第2GM冷凍機30のディスプレーサ34の振動位相72のピークのタイミングとが重なっていると、合成した振動位相70の値は大きくなる。一方、振動位相71のピークのタイミングと、振動位相72のピークのタイミングとがずれていると、合成した振動位相70の値は上記の重なっている場合と比較して大きくなる。

0021

そこで演算装置11は、上記の位相制御により第1GM冷凍機20のディスプレーサ24の振動位相71のピークのタイミングと、第2GM冷凍機30のディスプレーサ34の振動位相72のピークのタイミングとをずらし、好ましくは、合成した振動位相70のピークの値を目標値以下とする位相制御のための、第1GM冷凍機20のモータ22および第2GM冷凍機30のモータ32の新たな稼働周波数を演算する。
演算装置11は、いずれか一方の冷凍機、例えば第1GM冷凍機20のモータ22の稼働周波数を固定し、位相制御のための、第2GM冷凍機30のモータ32の新たな稼働周波数を演算してもよい。
このように、演算装置11は、互いの振動位相71,72のピークのタイミングをずらして、合成した振動位相70のピークが小さくなるような位相制御のための演算を行なう。

0022

また、図4に示すように、互いの振動位相71,72を逆位相とすれば、合成した振動位相70のピークの値が最も小さくなるので、演算装置11は、互いの振動位相71,72が逆位相となるように、位相制御のための演算を行なってもよい。

0023

演算装置11は、上記の演算結果に基づく制御信号を第1駆動部12および第2駆動部13へ出力する(A14)。
第1駆動部12は、例えば、直流電源と、電力変換器として複数の半導体スイッチング素子を有して直流電源に接続される単相インバータとを有する。第1駆動部12では、この制御信号を直流電源と単層インバータとにより、所望の周波数及び振幅単相交流電圧指令値に変換し、第1GM冷凍機20のモータ22に供給する。同様に、第2駆動部13は、この制御信号を所望の周波数の単相交流電圧指令値に変換し、第2GM冷凍機30のモータ32に供給する。

0024

第1駆動部12は、演算装置11からの演算結果に基づく単相交流電圧指令値により、第1GM冷凍機20のモータ22の稼働周波数を変更する。同様に、第2駆動部13は、演算装置11からの演算結果に基づく単相交流電圧指令値により、第2GM冷凍機30のモータ32の周波数を変更する(A15)。
このように、各冷凍機のモータの稼動周波数を制御することにより、極低温冷凍機1におけるディスプレーサの往復運動により発生する振動や騒音を抑制する。
また、極低温冷凍機1内のGM冷凍機の台数が3台以上の場合、3台目以降のGM冷凍機についての同様な制御を行うことで振動や騒音を抑制することができる。

0025

(効果)
このように第1の実施形態によれば、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動や騒音を示す位相を計測し、この結果に基づいて、各GM冷凍機間で振動や騒音の位相のピークのタイミングを互いにずらすように、各GM冷凍機のモータの周波数を制御することによって、各GM冷凍機における振動や騒音を低減することができる。

0026

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
(構成)
図4は、第2の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図である。
第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、第1ディスプレーサ位相計測部26、第2ディスプレーサ位相計測部36を設ける代わりに、第1圧力計測部51、第2圧力計測部52が設けられる点である。第1圧力計測部51は、第1GM冷凍機20と第1圧縮機21との間に設けられ、第2圧力計測部52は、第2GM冷凍機30と第2圧縮機31との間に設けられる。

0027

第1圧力計測部51は、第1GM冷凍機20の動作圧力の変化、つまり第1圧縮機21と第1GM冷凍機20との間の冷媒ガスの流路の弁を開く間隔の変化による圧力の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。
また、第2圧力計測部52は、第2GM冷凍機30の動作圧力の変化、つまり第2圧縮機31と第2GM冷凍機30との間の冷媒ガスの流路の弁を開く間隔の変化による圧力の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。

0028

(作用)
以下、第2の実施形態における冷凍システムの動作について説明する。図5は、第2の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャートである。
上記のように、第1圧力計測部51は、第1GM冷凍機20の動作圧力の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。また、第2圧力計測部52は、第2GM冷凍機30の動作圧力の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する(A21)。

0029

第1圧力計測部51からの第1GM冷凍機20の圧力変化の計測結果、または、第2圧力計測部52からの第2GM冷凍機30の圧力変化の計測結果に基づいて、演算装置11は、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動もしくは騒音の位相を演算し、この演算した振動や騒音の位相のピークのタイミングを検出する(A22)。

0030

第1の実施形態と同様に、演算装置11は、第1GM冷凍機20のディスプレーサ24の振動位相71のピークのタイミングと第2GM冷凍機30のディスプレーサ34の振動位相72のピークのタイミングとをずらす位相制御のための、第1GM冷凍機20のモータ22および第2GM冷凍機30のモータ32の新たな稼働周波数を演算する。以降の動作も第1の実施形態と同様である(A23〜A25)。
極低温冷凍機1内のGM冷凍機の台数が3台以上の場合、3台目以降のGM冷凍機について同様な制御を行うことで振動や騒音を抑制できる。

0031

(効果)
このように第2の実施形態によれば、第1圧力計測部51からの第1GM冷凍機20の圧力変化の計測結果、または、第2圧力計測部52からの第2GM冷凍機30の圧力変化の計測結果に基づいて、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動や騒音の位相のピークのタイミングを検出し、各GM冷凍機間での上記の振動や騒音の位相のピークのタイミングを互いにずらすように各GM冷凍機のモータの稼働周波数を制御することによって、各GM冷凍機における振動や騒音を低減することができる。

0032

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
(構成)
図6は、第3の実施形態における冷凍システムの構成例を示す図である。
第3の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、第1ディスプレーサ位相計測部26や第2ディスプレーサ位相計測部36を設ける代わりに、第1冷却端25に第1振動計測部61を設け、第2冷却端35に第2振動計測部62を設ける点である。

0033

第1振動計測部61は第1GM冷凍機20自体の振動変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。第2振動計測部62は、第2GM冷凍機30自体の振動変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。

0034

(作用)
以下、第3の実施形態における冷凍システムの動作について説明する。図7は、第3の実施形態における冷凍システムによる動作手順の一例を示すフローチャートである。
上記のように、第1振動計測部61は第1GM冷凍機20自体の振動の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する。第2振動計測部62は、第2GM冷凍機30自体の振動の変化を計測し、この計測結果を演算装置11に出力する(A31)。

0035

第1振動計測部61からの第1GM冷凍機20の振動の変化の計測結果、および、第2振動計測部62からの第2GM冷凍機30の振動の変化の計測結果に基づいて、演算装置11は、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動もしくは騒音の位相を演算し、この演算した振動や騒音の位相のピークのタイミングを検出する(A32)。

0036

第1の実施形態と同様に、演算装置11は、第1GM冷凍機20のディスプレーサ24の振動位相71のピークのタイミングと第2GM冷凍機30のディスプレーサ34の振動位相72のピークのタイミングとをずらす位相制御のための、第1GM冷凍機20のモータ22および第2GM冷凍機30のモータ32の新たな稼働周波数を演算する。以降の動作も第1の実施形態と同様である(A33〜A35)。
極低温冷凍機1内のGM冷凍機の台数が3台以上の場合、3台目以降のGM冷凍機について同様な制御を行うことで振動や騒音を抑制できる。

0037

(効果)
このように第3の実施形態によれば、第1振動計測部61からの第1GM冷凍機20の振動変化の計測結果、および、第2振動計測部62からの第2GM冷凍機30の振動変化の計測結果に基づいて、各GM冷凍機のディスプレーサの往復運動によって作り出される振動や騒音の位相のピークのタイミングを検出し、各GM冷凍機間での上記の振動や騒音の位相のピークのタイミングを互いにずらすように各GM冷凍機のモータの稼働周波数を制御することによって、各GM冷凍機における振動や騒音を低減することができる。

0038

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0039

また、各実施形態に記載した演算装置11により実現する手法は、計算機コンピュータ)に実行させることができるプログラムソフトウエア手段)として、例えば磁気ディスクフロッピー登録商標ディスクハードディスク等)、光ディスクCD−ROM、DVD、MO等)、半導体メモリ(ROM、RAM、フラッシュメモリ等)等の記録媒体に格納し、また通信媒体により伝送して頒布することもできる。なお、媒体側に格納されるプログラムには、計算機に実行させるソフトウエア手段(実行プログラムのみならずテーブルやデータ構造も含む)を計算機内に構成させる設定プログラムをも含む。本装置を実現する計算機は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、また場合により設定プログラムによりソフトウエア手段を構築し、このソフトウエア手段によって動作が制御されることにより上述した処理を実行する。なお、本明細書でいう記録媒体は、頒布用に限らず、計算機内部あるいはネットワークを介して接続される機器に設けられた磁気ディスクや半導体メモリ等の記憶媒体を含むものである。

0040

1…極低温冷凍機、11…演算装置、12…第1駆動部、13…第2駆動部、20…第1GM冷凍機、21…第1圧縮機、22,32…モータ、23,33…シリンダ、24,34…ディスプレーサ、25…第1冷却端、26…第1ディスプレーサ位相計測部、30…第2GM冷凍機、31…第2圧縮機、35…第2冷却端、36…第2ディスプレーサ位相計測部、40…冷却端、51…第1圧力計測部、52…第2圧力計測部、61…第1振動計測部、62…第2振動計測部。

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