極低溫冷凍裝置及其控制方法

2023-04-30 05:14:01 2

專利名稱：極低溫冷凍裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及具有能夠將被冷卻體冷卻至極低溫的冷卻能力的極低溫冷凍裝置及其控制方法。
背景技術：
為了對高溫超導(HTS)設備(例如超導輸電電纜、超導變壓器、超導電動機、超導 電力儲藏用超導線圈、大型加速器、核聚變試驗設備、MHD發電、超導線圈等)進行冷卻，使 用極低溫冷凍裝置(例如布雷敦循環冷凍機或埃裡克森循環冷凍機)。例如，在高溫超導設備冷卻用的情況下，根據超導線材的種類和用途而有所不同， 最低溫度範圍是65K、40K、30K、20K等。另外，在各溫度下，冷凍輸出為1 IOkW的程度，制 冷劑氣體使用氦(沸點約4Κ)、氖(沸點約27Κ)或氦和氖的混合氣體等。例如，在專利文獻1、2以及非專利文獻1中公開了所涉及的極低溫冷凍裝置。專利文獻1的級聯渦輪氦冷凍液化裝置的特徵在於，如圖1所示，關聯構成為，由 具備渦輪式壓縮機51、熱交換器52a 52e、渦輪式膨脹機53的氖冷凍循環和具備渦輪式 壓縮機54、熱交換器55a 55c、膨脹渦輪機(turbine) 56、焦耳-湯姆遜閥57的氦冷凍循 環構成，由氖冷凍循環對氦進行預冷。專利文獻2的冷凍機的目的在於，能夠防止冷卻介質的固化，延長維護的周期，產 生大的輸出，也不產生振動，如圖2所示，是具備離心式壓縮機62和渦輪機63並以壓縮機 62的葉片64作為1級的冷凍機61，以被壓縮機62壓縮並向渦輪機63導入的氣體65作為 例如氦和氬、氦和氮等的混合氣體。非專利文獻1公開了一種極低溫冷凍裝置，如圖3所示，為了對高溫超導電纜進行 冷卻，該裝置將液體氮(沸點約77K)冷卻至65K。專利文獻1 日本特開昭59-122868號專利文獻2 日本特開平11-159898號非專利文獻1 :N. Saji 等的 「DESIGN OF OIL-FREE SIMPLETURBO TYPE 65K/6KW HELIUM AND NEON MIXTURE GASREFRIGERATOR FOR HIGH TEMPERATURESUPERCONDUCTING POWER CABLE COOLING，，,CP613,Advancesin Cryogenic Engineering-Proceedings of the Cryogenic EngineeringConference,第 47 卷，2002由於在上述極低溫冷凍裝置中使用的工作氣體(氦、氖等)的液化溫度非常低，因 而在避免膨脹機內部的液化的方面優異，但存在著非常高價的問題點。在使用這樣的高價的工作氣體的極低溫冷凍裝置中，必須使氣體的填充量最小且 從冷凍機的起動至達到穩定運轉為止將內部的壓力保持為一定。可是，隨著冷凍機內的溫度降低，運轉中的極低溫冷凍裝置的低壓低溫部分如果 例如從常溫(例如300K)被冷卻至極低溫(例如60K)，則該部分的氣體容積變為1/5，因而 為了保持規定的壓力(例如起動時的1/2)，有必要補充工作氣體，從而在該部分成為5/2倍。
另外，相反，在運轉停止後，由於壓力升高，因而有必要將工作氣體放出至外部或 抽氣至另外設置的壓力容器。在這種情況下，如果放出至外部，則高價的工作氣體的損失 大，如果抽氣至壓力容器，則壓力容器的耐壓強度變得過大。
而且，在不使用壓力容器而保持原樣地停止冷凍機整體的情況下，必須預先增大 冷凍機整體的耐壓強度。另外，在這種情況下，在起動時存在著過大的負荷施加在壓縮機上 的問題。另外，如果由於緊急停止等而使冷凍機驟然停止，則高壓側的工作氣體通過壓縮 機而逆流，壓縮機反旋轉，有時對驅動系等帶來壞影響。本發明是為了解決上述的問題而發明的。S卩，本發明在於，提供一種極低溫冷凍 裝置及其控制方法，該極低溫冷凍裝置具有能夠將被冷卻體冷卻至規定的極低溫的冷卻能 力，不使用耐壓強度超過規定的壓力(例如IMPa)的壓力容器，而且，不進行工作氣體的放 出和補充，從停止中的常溫至工作中的極低溫，能夠將高壓部分的壓力保持為幾乎一定，而 且，即使緊急停止，也能夠防止壓縮機的反旋轉。

發明內容
依照本發明，提供一種極低溫冷凍裝置，該裝置通過在閉環中壓縮工作氣體並使 壓縮後的工作氣體膨脹，從而產生極低溫，該極低溫冷凍裝置具備旁通線，將所述閉環的高壓部和低壓部連通；儲氣箱，位於該旁通線的中間，在高壓側和低壓側分別具有壓力調整閥；以及壓力控制裝置，控制該各壓力調整閥，其中，在常溫且停止時，該壓力控制裝置控制所述各壓力調整閥，使得儲氣箱的壓 力與閉環的壓力相同，在產生極低溫的運轉時，該壓力控制裝置控制所述各壓力調整閥，使 得高壓部的壓力成為規定的壓力。依照本發明的優選實施方式，所述儲氣箱的容量設定為，在停止時且成為常溫時， 能夠將所述儲氣箱內的壓力保持為規定的基準壓力以下，而且，在產生極低溫的運轉時，能 夠將所述高壓部的壓力保持為規定的運轉壓力。優選，所述壓力控制裝置，在極低溫冷凍裝置的停止時，將所述各壓力調整閥保持為全開，在起動中，在所述高壓部超過規定的最大壓力的情況下，打開連接至高壓側的壓 力調整閥，在所述高壓部為規定的最低壓力以下的情況下，打開連接至低壓側的壓力調整閥。另外，依照本發明的優選實施方式，具備常溫壓縮機，設置在所述閉環的常溫部，將工作氣體從規定的低壓壓縮至高壓；第1中間熱交換器，位於所述極低溫部和常溫部的中間，在工作氣體彼此之間進 行熱交換；以及膨脹機，比該第1中間熱交換器更設置在極低溫部側，使工作氣體進行等熵膨脹。另外，優選，所述常溫壓縮機由從所述規定的低壓多級壓縮至所述高壓的多個渦 輪壓縮機構成，所述膨脹機由從所述高壓多級膨脹至所述低壓的多個膨脹渦輪機構成，
在所述多個膨脹渦輪機的中間，具備在工作氣體彼此之間進行熱交換的多個中間 熱交換器。另外，依照本發明，提供一種極低溫冷凍裝置的控制方法，通過在閉環中壓縮工作 氣體並使壓縮後的工作氣體膨脹，從而產生極低溫，其中，在所述極低溫冷凍裝置，設有旁通線和儲氣箱，其中，該旁通線將所述閉環的高壓 部和低壓部連通，該儲氣箱位於該旁通線的中間，在高壓側和低壓側分別具有壓力調整閥，
在常溫且停止時，控制所述各壓力調整閥，使得儲氣箱的壓力與閉環的壓力相同， 在產生極低溫的運轉時，控制所述各壓力調整閥，使得高壓部的壓力成為規定的壓力。另外，依照本發明的優選實施方式，將所述儲氣箱的容量設定為，在停止時且成為 常溫時，能夠將所述儲氣箱內的壓力保持為規定的基準壓力以下，而且，在產生極低溫的運 轉時，能夠將所述高壓部的壓力保持為規定的運轉壓力。依照上述本發明的裝置和方法，具備旁通線和儲氣箱，其中，該旁通線將構成極低 溫冷凍裝置的閉環的高壓部和低壓部連通，該儲氣箱位於該旁通線的中間，在高壓側和低 壓側分別具有壓力調整閥，因而，控制各壓力調整閥(例如在停止時將各壓力調整閥保持為全開)，使得儲氣 箱的壓力在常溫且停止時與閉環相同，從而能夠將由閉環、旁通線以及儲氣箱構成的整體 的系統設定為規定的基準壓力以下。另外，由此，在冷凍機的停止時，能夠使壓縮機的入口側和出口側的壓力均壓化， 因而，在停止後，能夠防止起因於壓縮機的入口側和出口側的壓力差的壓縮機的反旋轉。另外，在產生極低溫的運轉時，控制所述各壓力調整閥，使得高壓部的壓力成為規 定的壓力，從而即使運轉中的極低溫冷凍裝置的低壓低溫部分由於溫度降低和壓力降低而 需要起動時的例如5/2倍的工作氣體，也能夠從儲氣箱補充相應部分的工作氣體。所以，將儲氣箱的容量設定為，在停止時且成為常溫時，能夠將儲氣箱內的壓力保 持為規定的基準壓力以下，而且，在產生極低溫的運轉時，能夠將所述高壓部的壓力保持為 規定的運轉壓力，從而具有能夠將被冷卻體冷卻至規定的極低溫的冷卻能力，不使用耐壓 強度超過規定的壓力(例如IMPa)的壓力容器，而且，不進行工作氣體的放出和補充，從停 止中的常溫至工作中的極低溫，能夠將高壓部分的壓力保持為幾乎一定。


圖1是專利文獻1的裝置的模式圖。圖2是專利文獻2的冷凍機的構成圖。圖3是非專利文獻1的裝置的模式圖。圖4是顯示本發明涉及的極低溫冷凍裝置的第1實施方式的圖。圖5是顯示本發明涉及的極低溫冷凍裝置的第2實施方式的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，說明本發明的優選實施方式。此外，在各圖中，對共同的部分標記 相同的符號，並省略重複的說明。圖4是顯示本發明涉及的極低溫冷凍裝置的第1實施方式的圖。
本發明的極低溫冷凍裝置10是通過在閉環11中壓縮工作氣體並使壓縮後的工作 氣體膨脹而產生極低溫的極低溫冷凍裝置。優選膨脹渦輪機的膨脹是等熵膨脹。在該圖中，本發明的極低溫冷凍裝置10具備工作氣體循環的閉環11，在該閉環 11，設有極低溫熱交換器12、常溫壓縮機14、第1中間熱交換器16以及膨脹機18。在閉環 11中循環的工作氣體使用氦(沸點約4K)、氖(沸點約27K)或者氦和氖的混合氣體。極低溫熱交換器12設置在閉環11的極低溫部，由工作氣體對被冷卻體進行間接 冷卻。被冷卻體是高溫超導(HTS)設備(例如超導輸電電纜、超導變壓器、超導電動機、超 導電力儲藏用超導線圈、大型加速器、核聚變試驗設備、MHD發電、超導線圈等)，極低溫部 的極低溫熱交換器12的出口溫度例如為65K。常溫壓縮機14例如為渦輪壓縮機，設置在閉環11的常溫部(例如300K左右的室內)，將工作氣體從規定的低壓壓縮至高壓。優選，規定的低壓例如為0. 5 0. 6MPa，規定 的高壓例如為1. 0 1. 2MPa，壓縮機的壓縮比是2左右。在常溫壓縮機14的下遊側(高壓側)，設置有水冷的氣體冷卻器15，由從外部的 冷卻水循環裝置9供給的冷卻水將由於壓縮而溫度上升的工作氣體冷卻至優選300K左右。第1中間熱交換器16位於極低溫部和常溫部的中間，在高壓側和低壓側的工作氣 體彼此之間進行熱交換。通過該熱交換，將高壓側工作氣體冷卻至優選65 70K。膨脹機18例如為膨脹渦輪機，比第1中間熱交換器16更設置在極低溫部側，使第 1中間熱交換器16所冷卻的工作氣體等熵膨脹。通過該膨脹渦輪機的膨脹，工作氣體產生 規定的極低溫(例如56K)。優選，膨脹渦輪機與渦輪壓縮機同軸，由同一電動機驅動。該極低溫的工作氣體被供給至極低溫熱交換器12，由工作氣體對被冷卻體進行間 接冷卻，由第1中間熱交換器16對高壓側的工作氣體進行間接冷卻，接著，被供給至常溫壓 縮機14，再度被壓縮。通過上述的構成，能夠在閉環11中壓縮工作氣體，由膨脹機18使壓縮後的工作氣 體膨脹，產生極低溫，將被冷卻體冷卻至規定的極低溫。在圖4中，本發明的極低溫冷凍裝置10還具備旁通線22、儲氣箱24以及壓力控制 裝置26。旁通線22將閉環11的高壓部和低壓部直接連通。在該示例中，上述的高壓部是 壓縮機14的下遊側，更具體而言，是從壓縮機14的出口至膨脹機18的入口的氣體冷卻器 15和第1中間熱交換器16的高壓側以及連接配管的容積。在該示例中，上述的低壓部是常 溫壓縮機14的上遊側，更具體而言，是極低溫熱交換器12和第1中間熱交換器16的低壓 側以及從膨脹機18出口至常壓壓縮機14的連接配管的容積。儲氣箱24位於旁通線22的中間，在高壓側和低壓側分別具有壓力調整閥23a、 23b。儲氣箱24的容量設定為，在停止時且在成為常溫時，能夠將儲氣箱24內的壓力保 持為規定的基準壓力(例如IMPa)以下，而且，在產生極低溫的運轉時，能夠將高壓部的壓 力保持為規定的運轉壓力(例如1. 0 1. 2MPa)。該儲氣箱24的容量必須為這樣的儲氣箱的容積根據運轉時的溫度和壓力而算 出的閉環11內的除了儲氣箱24以外的氣體的總質量和以運轉時的高壓部(在圖4中，為 氣體冷卻器15的下遊側)的壓力(例如IMPa)填充至停止時且常溫下的除了儲氣箱24以外的閉環11的容積中的氣體的質量的差，等於以運轉時的高壓部的壓力充滿儲氣箱24內 的情況下的氣體的質量和以運轉時的低壓部(在圖4中，為常溫壓縮機14的上遊側)的壓 力充滿儲氣箱24內的情況下的氣體的質量的差。此外，儲氣箱的溫度始終是一定的。儲氣 箱的壓力在成為運轉時的高壓側的壓力時為最大，在成為低壓部的壓力時為最小。根據該 溫度一定的條件下的壓力差和容積，求出儲氣箱能夠吸收的氣體的質量。因此，儲氣箱24 的容量可以設定為成為極低溫且低壓的低溫低壓部分的容積的3倍以上，優選設定為4 5倍。
另外，在閉環11的高壓部設置壓力檢測器25，將檢測出的壓力數據輸入至壓力控 制裝置26。壓力控制裝置26基於檢測出的壓力數據，在常溫且停止時，控制壓力調整閥23a、 23b，從而使儲氣箱24的壓力與閉環11相同，在產生極低溫的運轉時，控制各壓力調整閥 23a、23b，從而成為高壓部和低壓部的中間的壓力且接近低壓部的壓力(比低壓部稍微更 高的壓力)。使用上述構成的極低溫冷凍裝置10，在本發明的極低溫冷凍裝置的控制方法中， 由壓力控制裝置26進行以下的控制。(A)在極低溫冷凍裝置10的停止時，將各壓力調整閥23a、23b保持為全開。通過 該操作，在冷凍機停止時，能夠使壓縮機14的入口側和出口側的壓力均壓化，因而，能夠防 止停止後的壓縮機的由於壓力而產生的反旋轉。(B)在極低溫冷凍裝置10的起動前，將各壓力調整閥23a、23b全閉。通過該操作， 能夠使儲氣箱24脫離剛起動之後的高壓側和低壓側的壓力變動，僅在閉環11進行起動。(C)在極低溫冷凍裝置10的起動中，在高壓部超過規定的最大壓力(例如 1. IMPa)的情況下，打開高壓側的壓力調整閥23a。通過該操作，能夠防止高壓部超過規定 的最大壓力，將多餘的工作氣體回收至儲氣箱24。(D)在極低溫冷凍裝置10的起動中，在高壓部是規定的最低壓力(例如0. 9MPa) 以下的情況下，打開低壓側的壓力調整閥23b。通過該操作，能夠將工作氣體從儲氣箱24補 給至閉環11的低壓部，抑制高壓部的壓力降低。通過(B) (D)的操作，能夠完成極低溫冷凍裝置10的起動，進行產生極低溫的
穩定運轉。另外，從產生極低溫的穩定運轉起停止的情況的控制也與上述相同。即，在運轉 時，隨著成為極低溫且低壓的低溫低壓部分的溫度和壓力上升，低壓側的壓力上升，因而， 通過上述(C)的操作，能夠將多餘的工作氣體回收至儲氣箱24。另外，在極低溫冷凍裝置10的停止時，通過將各壓力調整閥23a、23b保持為全開 (A)的操作，從而在冷凍機的停止時，能夠使壓縮機14的入口側和出口側的壓力均壓化，因 而，在停止後，能夠防止起因於壓縮機14的入口側和出口側的壓力差的壓縮機的反旋轉。依照上述本發明的裝置和方法，具備儲氣箱24，該儲氣箱位於旁通線22的中間， 在高壓側和低壓側分別具有壓力調整閥23a、23b，其中，該旁通線將構成極低溫冷凍裝置 10的閉環11的高壓部和低壓部連通，因而，通過控制各壓力調整閥(例如在停止時將各壓 力調整閥23a、23b保持為全開)，使得儲氣箱24的壓力在常溫且停止時與閉環11相同，從 而能夠將由閉環11、旁通線22以及儲氣箱24構成的整體的系統設定為規定的基準壓力(例如IMPa)以下。另外，由此，在冷凍機的停止時，能夠使壓縮機14的入口側和出口側的壓力均壓化，因而能夠防止停止後的壓縮機的由於壓力而產生的反旋轉。另外，在產生極低溫的運轉時，通過控制各壓力調整閥23a、23b，使得儲氣箱24的 壓力成為高壓部和低壓部的中間的壓力且接近低壓部的壓力，從而即使在運轉開始後，隨 著冷凍機內的低溫部的溫度下降，閉環內的工作氣體的壓力降低，也能夠從儲氣箱補充相 應部分的工作氣體。例如，在將儲氣箱24的容量設定為在運轉時成為極低溫且低壓的低溫低壓部分 的容積V的3倍以上的情況下，由於溫度的降低(例如從300K向60K)且壓力的降低(例 如至1/2)，因而為了保持低溫低壓部分的壓力(例如起動時的1/2)，低溫低壓部分有必要 補充工作氣體，從而在該部分成為起動時的5/2(2. 5)倍。所以，即使將不足的部分的1.5V從儲氣箱24供給至低溫低壓部分，也能夠將儲氣 箱24的壓力保持為停止時的1/2以上。S卩，通過將儲氣箱24的容量設定為，在停止時且成為常溫時，能夠將儲氣箱24內 的壓力保持為規定的基準壓力(例如IMPa)以下，而且，在產生極低溫的運轉時，能夠將高 壓部的壓力保持為規定的運轉壓力，從而具有能夠將被冷卻體冷卻至規定的極低溫的冷卻 能力，不使用耐壓強度超過規定的壓力(例如IMPa)的儲氣箱，而且，不進行工作氣體的放 出和補充，從停止中的常溫至工作中的極低溫，能夠將高壓部分的壓力保持為幾乎一定。實施例圖5是顯示本發明涉及的極低溫冷凍裝置的第2實施方式的圖。該示例是極低溫 部的出口溫度為65K且冷卻能力為3kW的實施例，圖中的P、T、H、G分別表示壓力(bar)、溫 度(K)、質量流量(g/s)。在該示例中，常溫壓縮機14由從規定的低壓(5. 57bar)壓縮至低壓和高壓之間的 第1中間壓力(8. 03bar)的第1級壓縮機14A和從第1中間壓力壓縮至高壓(11. Obar)的 第2級壓縮機14B構成。在第1級壓縮機14A和第2級壓縮機14B的下遊側(高壓側)，分 別設置有水冷的氣體冷卻器15。另外，膨脹機18由從高壓(ll.Obar)膨脹至低壓和高壓之間的第2中間壓力 (10. 29bar)的第1膨脹機18A和從第2中間壓力膨脹至低壓(5. 57bar)的第2膨脹機18B 構成。而且，在第1膨脹機18A和第2膨脹機18B的中間，具備在低壓和高壓的工作氣體 彼此之間進行熱交換的第2中間熱交換器17。優選第1級壓縮機14A和第2級壓縮機14B分別是渦輪壓縮機，第1膨脹機18A 和第2膨脹機18B分別是膨脹渦輪機，第1級壓縮機14A和第2膨脹機18B、第2級壓縮機 14B和第1膨脹機18A分別同軸，分別由同一電動機驅動。其他構成與圖4相同。已經確認，通過該構成，能夠在閉環11中壓縮工作氣體，由第1膨脹機18A和第2 膨脹機18B使壓縮後的工作氣體膨脹，產生56K的極低溫，從被冷卻體吸收3kW的熱量。如上所述，在本發明中，在常溫部設置儲氣箱24，由分別具備壓力調整閥23a、23b 的配管(旁通線22)連接至冷凍機的高壓側(壓縮機出口側)和低壓側(返回側)。
壓力調整閥23a、23b的控制中的參照壓力均為高壓側壓力，但配管連接至高壓側 的壓力調整閥23a在超過規定壓力時使閥「打開」，連接至返回側的壓力調整閥23b在高壓 側從規定壓力降低時為「打開」，使系統內的壓力上升。另外，儲氣箱2 4的容積被設定為在當運轉時保持比返回側壓力稍微更高的壓力， 當停止時即使系統內變為常溫，也不超過設計壓力的範圍內的儘可能地小的容積。另外，通過將膨脹渦輪機(第1膨脹機18A和第2膨脹機18B)構成為與渦輪壓縮 機(第1級壓縮機14A和第2級壓縮機14B)同軸，由同一電動機驅動，從而能夠回收膨脹 渦輪機的動力並削減電動機動力，並且，能夠將膨脹渦輪機限制為電動機的旋轉速度，在本 質上防止其超速，因而不需要膨脹渦輪機的旁通閥或入口的節流閥，壓縮機從起動時起能 夠以額定轉速進行運轉。另外，在冷凍機的停止時，開放壓力調整閥23a、23b兩者，使壓縮機入口側和出口 側的壓力均壓化，從而在停止後，能夠防止起因於壓縮機(第1級壓縮機14A和第2級壓縮 機14B)的入口側和出口側的壓力差的壓縮機的反旋轉。通過上述構成，工作氣體由常溫壓縮機14升壓，由氣體冷卻器15使上升後的氣體 的溫度下降至常溫附近，穿過第1中間熱交換器16、膨脹機18，使溫度降低，壓力也下降。從 作為冷凍負荷的被冷卻體吸收熱的返回氣體一邊在第1熱交換器16對高壓側的工作氣體 進行冷卻，一邊溫度上升至常溫附近，返回至常溫壓縮機14。高壓側和低壓側的壓力比大約 為2。儲氣箱24由分別具備壓力調整閥23a、23b的配管(旁通線22)連接至冷凍機高壓側 (壓縮機出口側)和返回側(壓縮機入口側)。壓力調整閥23a、23b的控制中的參照壓力均為高壓側壓力，但配管連接至高壓側 的壓力調整閥23a在超過規定壓力時使閥「打開」，連接至返回側的壓力調整閥23b在高壓 側從規定壓力降低時為「打開」，使系統內的壓力上升。這2個壓力調整閥23a、23b的作用 使得高壓側的壓力在運轉、起動、停止時保持為一定。此外，當然，本發明不限於上述實施方式，在不脫離本發明的要旨的範圍內，能夠 進行各種變更。
權利要求
一種極低溫冷凍裝置，通過在閉環中壓縮工作氣體並使壓縮後的工作氣體膨脹，從而產生極低溫，該極低溫冷凍裝置具備旁通線，將所述閉環的高壓部和低壓部連通；儲氣箱，位於該旁通線的中間，在高壓側和低壓側分別具有壓力調整閥；以及壓力控制裝置，控制該各壓力調整閥，其中，在常溫且停止時，該壓力控制裝置控制所述各壓力調整閥，使得儲氣箱的壓力與閉環的壓力相同，在產生極低溫的運轉時，該壓力控制裝置控制所述各壓力調整閥，使得高壓部的壓力成為規定的壓力。
2.根據權利要求1所述的極低溫冷凍裝置，其特徵在於，所述儲氣箱的容量設定為，在 停止時且成為常溫時，能夠將所述儲氣箱內的壓力保持為規定的基準壓力以下，而且，在產 生極低溫的運轉時，能夠將所述高壓部的壓力保持為規定的運轉壓力。
3.根據權利要求1所述的極低溫冷凍裝置，其特徵在於，所述壓力控制裝置，在極低溫冷凍裝置的停止時，將所述各壓力調整閥保持為全開，在起動中，在所述高壓部超過規定的最大壓力的情況下，打開連接至高壓側的壓力調 整閥，在所述高壓部為規定的最低壓力以下的情況下，打開連接至低壓側的壓力調整閥。
4.根據權利要求1所述的極低溫冷凍裝置，其特徵在於，具備常溫壓縮機，設置在所述閉環的常溫部，將工作氣體從規定的低壓壓縮至高壓；第1中間熱交換器，位於所述極低溫部和常溫部的中間，在工作氣體彼此之間進行熱 交換；以及膨脹機，比該第1中間熱交換器更設置在極低溫部側，使工作氣體進行等熵膨脹。
5.根據權利要求4所述的極低溫冷凍裝置，其特徵在於，所述常溫壓縮機由從所述規定的低壓多級壓縮至所述高壓的多個渦輪壓縮機構成，所述膨脹機由從所述高壓多級膨脹至所述低壓的多個膨脹渦輪機構成，在所述多個膨脹渦輪機的中間，具備在工作氣體彼此之間進行熱交換的多個中間熱交 換器。
6.一種極低溫冷凍裝置的控制方法，通過在閉環中壓縮工作氣體並使壓縮後的工作氣 體膨脹，從而產生極低溫，其中，在所述極低溫冷凍裝置，設有旁通線和儲氣箱，其中，該旁通線將所述閉環的高壓部和 低壓部連通，該儲氣箱位於該旁通線的中間，在高壓側和低壓側分別具有壓力調整閥，在常溫且停止時，控制所述各壓力調整閥，使得儲氣箱的壓力與閉環的壓力相同，在產 生極低溫的運轉時，控制所述各壓力調整閥，使得高壓部的壓力成為規定的壓力。
7.根據權利要求6所述的極低溫冷凍裝置的控制方法，其特徵在於，將所述儲氣箱的 容量設定為，在停止時且成為常溫時，能夠將所述儲氣箱內的壓力保持為規定的基準壓力 以下，而且，在產生極低溫的運轉時，能夠將所述高壓部的壓力保持為規定的運轉壓力。
全文摘要
本發明涉及一種極低溫冷凍裝置(10)，該極低溫冷凍裝置在閉環(11)中壓縮工作氣體並使其膨脹而產生極低溫。具備將高壓部和低壓部連通的旁通線(22)、位於旁通線的中間並在高壓側和低壓側分別具有壓力調整閥(23a、23b)的儲氣箱(24)以及控制各壓力調整閥的壓力控制裝置(26)。壓力控制裝置(26)控制各壓力調整閥(23a、23b)，使得儲氣箱(24)的壓力在常溫且停止時與閉環相同，在運轉時成為高壓部和低壓部的中間的接近低壓部的壓力。
文檔編號F25B9/00GK101861500SQ20088011690
公開日2010年10月13日 申請日期2008年11月5日 優先權日2007年11月19日
發明者佐治脩好, 吉永誠一郎, 脅阪裕壽, 高橋俊雄 申請人:株式會社Ihi