JP3765945B2

JP3765945B2 - Operation control device for refrigerator

Info

Publication number: JP3765945B2
Application number: JP18218699A
Authority: JP
Inventors: 元昭寺井; 秋彦三浦; 達視山根; 修一曽地; 利行栗原; 昭一種谷
Original assignee: Toshiba Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd; Central Japan Railway Co
Current assignee: Toshiba Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd; Central Japan Railway Co
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2019-06-28
Also published as: JP2001012813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超電導磁石を極低温レベルに冷却するための液化冷媒を貯溜する冷媒タンクに付設され、冷媒タンク内で蒸発した冷媒を冷媒回路内に吸い込んで圧縮及び膨張により液化してタンク内に戻すようにした冷凍機の運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超電導磁石を備えたリニアモータカーが注目されている。この超電導磁石においては、コイルに用いる超電導体を臨界温度以下に冷却保持するためにタンク内に貯溜した液体ヘリウムを利用しているが、この液体ヘリウムがタンク内で蒸発するので、この蒸発したヘリウムガスを冷却凝縮させて液化する必要があり、この目的で極低温冷凍機が使用される。
【０００３】
このヘリウムガスを凝縮温度まで冷却する冷凍機の一例として、従来、例えば米国特許第４２２３５４０号等に記載されているように、予冷冷凍機とＪ−Ｔ冷凍機とを組み合わせた冷凍機がある。上記予冷冷凍機はＧＭサイクル（ギフォード・マクマホンサイクル）や改良ソルベーサイクル等の冷凍機からなるもので、圧縮機で圧縮されたヘリウムガス（冷媒）を膨張機で断熱膨張させてそのガスの温度降下によりヒートステーションに極低温レベルの寒冷を発生させる。
【０００４】
一方、Ｊ−Ｔ冷凍機は、圧縮機から供給されたヘリウムガスを上記予冷冷凍機における膨張機のヒートステーションとの間で熱交換して予冷する予冷器と、ヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させるＪ−Ｔ弁とを接続してなるもので、圧縮機からのヘリウムガスを予冷器で予冷するとともに、該予冷されたヘリウムガスをＪ−Ｔ弁でジュール・トムソン膨張させて４Ｋレベルの寒冷を発生させるようになっている。
【０００５】
そして、上記タンク内の蒸発ヘリウムガスを冷凍機で冷却する場合、タンク内に２本の冷媒配管を各々の一端部がタンク内に開口するように配置し、両配管の他端部をタンク外に引き出してＪ−Ｔ冷凍機の冷媒回路に直列に接続することにより、タンク内を冷凍機の冷媒回路の一部とし、一方の配管からタンク内の蒸発ヘリウムガスをＪ−Ｔ冷凍機の冷媒回路に吸い込んで圧縮機で圧縮するとともに、その圧縮されたヘリウムガスをＪ−Ｔ弁で膨張させて冷却液化し、この液体ヘリウムを他方の配管を経由してタンク内に戻すようになされている。
【０００６】
また、冷媒回路に対し所定量のヘリウムガスを循環させる目的で、通常、液体ヘリウムタンクと圧縮機の吸込側との間の低圧配管に、タンク内のガス圧力が設定圧以下に低下したときに開く低圧制御弁を配置した冷媒供給配管を介してバッファタンクを接続するとともに、このバッファタンクを圧縮機の吐出側とＪ−Ｔ弁との間の高圧配管に対し、該高圧配管内のガス圧力が設定圧以上に上昇したときに開く高圧制御弁を配置した冷媒戻し配管を介して接続して、バッファタンクから冷媒回路に対しヘリウムガスを給排するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リニアモータカー用冷凍機の冷凍能力としては、リニアモータカーを走行移動させない状態での定置負荷に相当する例えば４Ｗ程度の能力の他に、余裕分として、リニアモータカーの保守や点検等で超電導磁石による磁場の発生を停止させる消磁及び外部から電流を流して励磁を行うときの励消磁負荷と、リニアモータカーが走行する状態での走行負荷とにそれぞれ相当する能力が要求され、その余裕分を含めた冷凍能力は例えば８Ｗ程度である。
【０００８】
しかし、例えば夜間等で長時間に亘り定置状態が続くと、上記冷凍能力の余裕分により、ヘリウムガスの液化が進行し、冷媒回路でのヘリウムガス量の不足を補うためにバッファタンクから冷媒回路にヘリウムガスが補給されて、バッファタンク内の圧力が低下し、遂には液体ヘリウムタンクの内圧のみならずバッファタンクの内圧も負圧になり、冷媒回路に不純物である大気が吸い込まれて、その凍結により回路の閉塞を招くという問題が生じる。
【０００９】
このため、圧縮機を運転周波数可変のインバータ式圧縮機としておき、リニアモータカーの定置時には、圧縮機の運転周波数を下げて冷凍能力を低下させる抑制モードで冷凍機を運転することが考えられる。
【００１０】
しかし、その圧縮機の運転周波数の下げ幅の調整が難しく、下げ幅が小さいと、所期の目的が達成することはできない。さりとて、運転周波数の下げ幅が大きいと、図９に例示するように、ヘリウムガスの循環量の減少度が大きくなるので、その減少分のヘリウムガスが液体ヘリウムタンク内に集められてその内圧が逆に急激に上昇し、安全弁の作動する上限値（例えば０．４ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）を越える虞れがある（尚、図９には圧縮機の運転周波数を低下させたときの液体ヘリウムタンクの内圧の変化のみならず、バッファタンクからのヘリウムガス流量及び圧縮機へのヘリウムガスのリターン圧の各変化をも併せて示している）。つまり、圧縮機の運転周波数を下げるだけでは本質的な解決策とはなり得ない。
【００１１】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その主たる目的は、上記冷凍機の抑制モードでの運転制御の形態を変更することにより、圧縮機の運転周波数を下げても冷媒タンク内の圧力が上昇するのを抑制するようにし、よって冷媒タンクの内圧上昇を招くことなく圧縮機の運転周波数を下げて冷凍機の冷凍能力を低下させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、請求項１の発明では、冷凍機の冷凍能力を低下させるときには、圧縮機の運転周波数を下げるばかりでなく、圧縮機から冷媒タンクへ供給される冷媒の流量を０とするようにした。
【００１３】
具体的には、この発明では、図１に示すように、超電導磁石を臨界温度以下に冷却保持する液冷媒を貯溜する冷媒タンク（Ｔｈ）内に、運転周波数可変の圧縮機（４），（８）及び膨張手段（３８）を高圧配管（１５）と低圧配管（３）とで接続してなる冷媒回路の一部が開放されている。また、上記冷媒タンク（Ｔｈ）と圧縮機（４），（８）の吸込側との間の低圧配管（３）に対し、冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力が設定圧以下に低下したときに開く低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）を配置した冷媒供給配管（１８）を介して接続され、かつ圧縮機（４），（８）の吐出側と膨張手段（３８）との間の高圧配管（１５）に対し、高圧配管（１５）内の圧力が設定圧以上に上昇したときに開く高圧制御弁（ＨＰＲ）を配置した冷媒戻し配管（１９）を介して接続されたバッファタンク（Ｔｂ）を備えている。そして、冷媒タンク（Ｔｈ）内で蒸発したガス冷媒を冷媒回路に吸入して圧縮機（４），（８）で圧縮した後に膨張手段（３８）で膨張させ、その膨張による温度降下により液冷媒を生成して冷媒タンク（Ｔｈ）内に戻すようにした冷凍機を前提とする。
【００１４】
そして、上記冷媒戻し配管（１９）への分岐部と膨張手段（３８）との間の高圧配管（１５）を開閉する開閉手段（ＡＶ１）と、上記バッファタンク（Ｔｂ）の内圧を検出するバッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）とを設け、上記バッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧が所定値以下に低下したとき、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数を下げるとともに、上記開閉手段（ＡＶ１）を閉じるように制御する制御手段（５３）を設ける。
【００１５】
上記の構成により、バッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）によりバッファタンク（Ｔｂ）の内圧が検出され、このタンク内圧が所定値以下に低下すると、制御手段（５３）により圧縮機（４），（８）の運転周波数が下げられる。このことで、冷凍機の冷凍能力を低下させて、冷媒の液化の進行を抑制できるとともに、バッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路への冷媒の供給を抑制してバッファタンク（Ｔｂ）の内圧低下を抑えることができる。
【００１６】
そして、この圧縮機（４），（８）の運転周波数の低下に伴い、冷媒の循環量が大きく減少し、その減少分の冷媒が冷媒タンク（Ｔｈ）内に集められてその内圧が上昇しようとするが、これと同時に、開閉手段（ＡＶ１）が閉じられて、圧縮機（４），（８）から膨張手段（３８）へ至る高圧配管（１５）が閉鎖され、冷媒流量が０となるので、冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力上昇を招くことはない。よって、冷媒タンク（Ｔｈ）の内圧上昇を招くことなく圧縮機（４），（８）の運転周波数を下げて冷凍機の冷凍能力を低下させることができる。
【００１７】
請求項２の発明では、上記請求項１の発明と同様の冷凍機において、冷媒戻し配管（１９）への分岐部と膨張手段（３８）との間の高圧配管（１５）の開度を変えて冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段（２０）と、バッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）と、この検出手段（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧が所定値以下に低下したとき、圧縮機（４），（８）の運転周波数を下げるように制御するとともに、圧縮機（４），（８）から膨張手段（３８）へ至る冷媒流量が減少するように上記冷媒流量調整手段（２０）を制御する制御手段（５３）とを設ける。
【００１８】
この発明によれば、バッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧が所定値以下に低下したとき、制御手段（５３）により、圧縮機（４），（８）の運転周波数が下げられて冷凍機の冷凍能力が低下し、冷媒の液化の進行が抑制されるとともに、バッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路への冷媒の供給が抑制されてバッファタンク（Ｔｂ）の内圧低下が抑えられる。また、これと同時に、制御手段（５３）により冷媒流量調整手段（２０）が制御され、高圧配管（１５）を通って圧縮機（４），（８）から膨張手段（３８）へ至る冷媒流量が減少し、このことで冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力上昇が抑えられる。よって請求項１の発明と同様の作用効果を奏することができる。
【００１９】
請求項３の発明では、冷媒戻し配管に配置されて高圧配管内の圧力が設定圧以上に上昇したときに開く高圧制御弁を開弁圧の大小異なる２つとし、抑制モードでは開弁圧の小さい側の高圧制御弁を経由させるようにしている。
【００２０】
すなわち、この発明では、請求項１又は２の発明と同様に、超電導磁石を臨界温度以下に冷却保持する液冷媒を貯溜する冷媒タンク（Ｔｈ）内に、運転周波数可変の圧縮機（４），（８）及び膨張手段（３８）を高圧配管（１５）と低圧配管（３）とで接続してなる冷媒回路の一部が開放されるとともに、上記冷媒タンク（Ｔｈ）と圧縮機（４），（８）の吸込側との間の低圧配管（３）に対し、冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力が設定圧以下に低下したときに開く低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）を配置した冷媒供給配管（１８）を介して接続され、かつ圧縮機（４），（８）の吐出側と膨張手段（３８）との間の高圧配管（１５）に対し、高圧配管（１５）内の圧力が設定圧以上に上昇したときに開く第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）を配置した冷媒戻し配管（１９）を介して接続されたバッファタンク（Ｔｂ）を備え、冷媒タンク（Ｔｈ）内で蒸発したガス冷媒を冷媒回路に吸入して圧縮機（４），（８）で圧縮した後に膨張手段（３８）で膨張させ、その膨張による温度降下により液冷媒を生成して冷媒タンク（Ｔｈ）内に戻すようにした冷凍機が前提である。
【００２１】
そして、上記第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）をバイパスするバイパス配管（４４）と、このバイパス配管（４４）に配設され、第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）よりも低い設定圧で開弁する第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）と、上記バイパス配管（４４）に配設され、バイパス配管（４４）を開閉する開閉手段（ＡＶ４）とを設ける。
【００２２】
さらに、バッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）と、この検出手段（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧が所定値以下に低下したとき、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数を下げるとともに、上記開閉手段（ＡＶ４）を開くように制御する制御手段（５３）を設ける。
【００２３】
この構成によると、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧が所定値以下に低下したとき、制御手段（５３）により、圧縮機（４），（８）の運転周波数が下げられるとともに、開閉手段（ＡＶ４）が開かれて、第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）をバイパスするバイパス配管（４４）が開放される。このバイパス配管（４４）には第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）が配設され、この第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）は第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）よりも低い設定圧で開弁するので、圧縮機（４），（８）から吐出された高圧冷媒が第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）のあるバイパス配管（４４）を経由してバッファタンク（Ｔｂ）に戻り易くなり、その分、冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力が上昇するのを抑制でき、よって上記各発明と同様の作用効果を奏することができる。
【００２４】
請求項４の発明では、上記請求項１又は２の発明と同様の冷凍機において、冷媒供給配管（１８）を開閉する開閉手段（ＡＶ５）と、バッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）と、この検出手段（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧が所定値以下に低下したとき、圧縮機（４），（８）の運転周波数を下げるとともに、上記開閉手段（ＡＶ５）を閉じるように制御する制御手段（５３）とを設ける。
【００２５】
この発明によると、バッファタンク内圧検出手段（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧が所定値以下に低下すると、制御手段（５３）により、圧縮機（４），（８）の運転周波数が下げられるとともに、開閉手段（ＡＶ５）が閉じられて冷媒供給配管（１８）が閉鎖される。上記圧縮機（４），（８）の運転周波数の低下に伴い、冷媒タンク（Ｔｈ）の内圧が一時的に上昇するが、これを利用し、開閉手段（ＡＶ５）により冷媒供給配管（１８）を閉鎖してバッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒の供給を停止しながら、冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力を負圧にすることなく冷凍機を運転することができる。
【００２６】
また、圧縮機（４），（８）の運転周波数の低下と同時に開閉手段（ＡＶ５）により冷媒供給配管（１８）が閉じられるので、例えば低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）が機構の簡便性を優先したものであり、そのヒステリシス等により圧縮機（４），（８）の運転周波数の低下時に冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力が上昇したときにバッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒の供給が低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）により停止されない場合でも、そのバッファタンク（Ｔｂ）からの不必要な冷媒の供給を確実に防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図２以下の図に基づいて説明する。
（実施形態１）
図３は本発明の実施形態１に係る冷凍機（Ｒ）の全体構成を示し、この冷凍機（Ｒ）はリニアモータカーに具備される超電導磁石の超電導コイル（いずれも図示せず）を液体ヘリウム（冷媒）により冷却するためのもので、液体ヘリウムを貯溜する液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）に付設されており、このヘリウムタンク（Ｔｈ）内に超電導磁石の超電導コイルが液体ヘリウムにより浸漬されて収容され、この液体ヘリウムにより超電導コイルが臨界温度以下に冷却保持される。
【００２８】
冷凍機（Ｒ）は圧縮機ユニット（１）と真空デュワー（Ｄ）内に配置された冷凍機ユニット（２１）とからなる。上記圧縮機ユニット（１）には、低圧ガス吸入口（２）からの低圧ヘリウムガスを低圧配管（３）を介して吸い込んで圧縮する運転周波数可変のインバータ式Ｊ−Ｔ用圧縮機（４）と、このＪ−Ｔ用圧縮機（４）から吐出されたヘリウムガスを冷却する熱交換器（５）と、この熱交換器（５）から吐出されたヘリウムガスを、中間圧ガス吸入口（６）から中間圧配管（７）を介して吸入された中間圧のヘリウムガスと共にさらに高圧に圧縮する運転周波数可変のインバータ式予冷用圧縮機（８）と、この予冷用圧縮機（８）から吐出された高圧ヘリウムガスから圧縮機潤滑用の油を分離する前段油分離器（９）と、この前段油分離器（９）から吐出された高圧ヘリウムガスを冷却する熱交換器（１０）と、この熱交換器（１０）から吐出されたヘリウムガスからさらに潤滑用の油を分離する後段油分離器（１１）と、この後段油分離器（１１）から吐出されたヘリウムガスから不純物を吸着除去する吸着器（１２）とが配設され、該吸着器（１２）の吐出側は予冷用高圧配管（１３）を介して予冷用高圧ガス吐出口（１４）に、また予冷用高圧配管（１３）から分岐接続されたＪ−Ｔ用高圧配管（１５）を介してＪ−Ｔ用高圧ガス吐出口（１６）にそれぞれ接続されている。
【００２９】
上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）は途中で第１〜第３の３つの分岐配管（１５ａ）〜（１５ｃ）に並列に分岐され、第１分岐配管（１５ａ）には流量調整用の絞り固定式の第１絞り弁（Ｖ１）と、この第１絞り弁（Ｖ１）の高圧ガス吐出口（１６）側に空圧式の第１開閉弁（ＡＶ１）とが配設されている。一方、第２分岐配管（１５ｂ）には同様の第２絞り弁（Ｖ２）と第２開閉弁（ＡＶ２）とが、また第３分岐配管（１５ｃ）には同様の第３絞り弁（Ｖ３）と第３開閉弁（ＡＶ３）とがそれぞれ配設され、第３絞り弁（Ｖ３）の開度は第１絞り弁（Ｖ１）よりも小さく設定されている。この実施形態では、上記第１及び第３絞り弁（Ｖ１），（Ｖ３）並びに第１及び第３開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ３）により、圧縮機（４），（８）からＪ−Ｔ弁（３８）へ至る高圧配管（１５）の開度を変えてヘリウムガスの流量を調整する冷媒流量調整機構（２０）が構成され、第１開閉弁（ＡＶ１）を開きかつ第３開閉弁（ＡＶ３）を閉じたときにはヘリウムガスの流量を多くする一方、第１開閉弁（ＡＶ１）を閉じかつ第３開閉弁（ＡＶ３）を開いたときにはヘリウムガスの流量を少なくするようになっている。
【００３０】
尚、第２開閉弁（ＡＶ２）は、常時は閉弁されて超電導磁石の励消磁に開弁されるもので、その開度は第１絞り弁（Ｖ１）よりも小さく設定されている。
【００３１】
さらに、（Ｔｂ）はヘリウムガスを所定圧力（ＰB）で貯蔵するバッファタンクで、このバッファタンク（Ｔｂ）にはヘリウムガス給排配管（１７）の一端部が接続されている。このヘリウムガス給排配管（１７）の他端側はヘリウムガス供給配管（１８）とヘリウムガス戻し配管（１９）とに分岐され、ヘリウムガス供給配管（１８）の端部は、上記Ｊ−Ｔ用圧縮機（４）の吸込側と低圧ガス吸入口（２）との間の低圧配管（３）に接続されている。ヘリウムガス供給配管（１８）は途中で２つの分岐配管（１８ａ），（１８ｂ）に並列に分岐され、一方の分岐配管（１８ａ）には流量調整用の絞り固定式の第４絞り弁（Ｖ４）と、この第４絞り弁（Ｖ４）の低圧配管（３）側に第１低圧制御弁（ＬＰＲ１）とが配設されている一方、他方の分岐配管（１８ｂ）には同様の第５絞り弁（Ｖ５）と第２低圧制御弁（ＬＰＲ２）とが配設されている。上記各低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）は、低圧配管（３）（液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）の内圧）でのヘリウムガスの圧力が設定圧以下に低下したときにそれをパイロット圧として自動的に開くもので、この低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）の開弁に伴いバッファタンク（Ｔｂ）内のヘリウムガスが低圧配管（３）（冷媒回路）に供給される。
【００３２】
一方、ヘリウムガス戻し配管（１９）の端部は上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）に接続され、このヘリウムガス戻し配管（１９）の途中には高圧制御弁（ＨＰＲ）が配置されている。この高圧制御弁（ＨＰＲ）は、Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）でのヘリウムガスの圧力が設定圧以上に上昇したときにそれをパイロット圧として自動的に開くもので、この高圧制御弁（ＨＰＲ）の開弁によりＪ−Ｔ用高圧配管（１５）（冷媒回路）のヘリウムガスがバッファタンク（Ｔｂ）内に戻される。
【００３３】
これに対し、上記冷凍機ユニット（２１）には、圧縮機ユニット（１）の予冷用圧縮機（８）に対し閉回路に接続された予冷冷凍機（２２）（膨張機）と、Ｊ−Ｔ用圧縮機（４）及び予冷用圧縮機（８）に対し直列に接続されたＪ−Ｔ冷凍機（３１）とが設置されている。上記予冷冷凍機（２２）は、Ｇ−Ｍ（ギフォード・マクマホン）サイクルの冷凍機で構成されていて、Ｊ−Ｔ冷凍機（３１）におけるヘリウムガス（冷媒）を予冷するためにヘリウムガスを圧縮及び膨張させる。この予冷冷凍機（２２）は上記真空デュワー（Ｄ）の外部に配置される密閉円筒状のケース（２３）と、該ケース（２３）に連設された大小２段構造のシリンダ（２４）とを有する。上記ケース（２３）には上記圧縮機ユニット（１）の予冷用高圧ガス吐出口（１４）にフレキシブル配管（２５）を介して接続される高圧ガス入口（２６）と、同中間圧ガス吸入口（６）にフレキシブル配管（２７）を介して接続される低圧ガス出口（２８）とが開口されている。一方、シリンダ（２４）は真空デュワー（Ｄ）の側壁を貫通してその内部に延びており、その大径部（２４ａ）の先端部は所定温度レベルに冷却保持される第１ヒートステーション（２９）に、また小径部（２４ｂ）の先端部は上記第１ヒートステーション（２９）よりも低い温度レベルに冷却保持される第２ヒートステーション（３０）にそれぞれ形成されている。
【００３４】
すなわち、ここでは図示しないが、シリンダ（２４）内には、上記各ヒートステーション（２９），（３０）に対応する位置にそれぞれ膨張空間を区画形成するフリータイプのディスプレーサ（置換器）が往復動可能に嵌挿されている。一方、上記ケース（２３）内には、回転する毎に開閉するロータリバルブと、該ロータリバルブを駆動するバルブモータとが収容されている。ロータリバルブは、上記高圧ガス入口（２６）から流入したヘリウムガスをシリンダ（２４）内の各膨張空間に供給し、又は各膨張空間内で膨張したヘリウムガスを低圧ガス出口（２８）から排出するように切り換わる。そして、このロータリバルブの開閉により高圧ヘリウムガスをシリンダ（２４）内の各膨張空間でサイモン膨張させて、その膨張に伴う温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させ、その寒冷をシリンダ（２４）における第１及び第２ヒートステーション（２９），（３０）にて保持する。つまり、予冷冷凍機（２２）では、予冷用圧縮機（８）から吐出された高圧のヘリウムガスを断熱膨張させてヒートステーション（２９），（３０）の温度を低下させ、Ｊ−Ｔ冷凍機（３１）における後述の予冷器（３６），（３７）を予冷するとともに、膨張した低圧ヘリウムガスを圧縮機（８）に戻して再圧縮するようになされている。
【００３５】
一方、上記Ｊ−Ｔ冷凍機（３１）は、約４Ｋレベルの寒冷を発生させるためにヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させる冷凍機であって、この冷凍機（３１）は上記真空デュワー（Ｄ）内に配置された第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（３２）〜（３４）を備えている。この各Ｊ−Ｔ熱交換器（３２）〜（３４）は１次側及び２次側をそれぞれ通過するヘリウムガス間で互いに熱交換させるもので、第１Ｊ−Ｔ熱交換器（３２）の１次側は圧縮機ユニット（１）のＪ−Ｔ用高圧ガス吐出口（１６）にフレキシブル配管（３５）を介して接続されている。また、第１及び第２のＪ−Ｔ熱交換器（３２），（３３）の各１次側同士は、上記予冷冷凍機（２２）におけるシリンダ（２４）の第１ヒートステーション（２９）外周に配置した第１予冷器（３６）を介して接続されている。同様に、第２及び第３Ｊ−Ｔ熱交換器（３３），（３４）の各１次側同士は、第２ヒートステーション（３０）外周に配置した第２予冷器（３７）を介して接続されている。さらに、上記第３Ｊ−Ｔ熱交換器（３４）の１次側は、高圧のヘリウムガスをジュール・トムソン膨張させるＪ−Ｔ弁（３８）に吸着器（３９）を介して接続されている。上記Ｊ−Ｔ弁（３８）は真空デュワー（Ｄ）外側から操作ロッド（３８ａ）によって開度が調整される。上記Ｊ−Ｔ弁（３８）は、ステンレス鋼製の管からなる液体ヘリウム戻し配管（４０）を介してヘリウムタンク（Ｔｈ）内に連通されている。また、このヘリウムタンク（Ｔｈ）内は、同様のステンレス鋼管からなるヘリウムガス吸入配管（４１）を介して上記第３Ｊ−Ｔ熱交換器（３４）の２次側に接続されている。そして、この第３Ｊ−Ｔ熱交換器（３４）の２次側は第２Ｊ−Ｔ熱交換器（３３）の２次側を経て第１Ｊ−Ｔ熱交換器（３２）の２次側に接続され、この第１Ｊ−Ｔ熱交換器（３２）の２次側はフレキシブル配管（４２）を介して圧縮機ユニット（１）の低圧ガス吸入口（２）に接続されている。
【００３６】
すなわち、Ｊ−Ｔ冷凍機（３１）はフレキシブル配管（３５），（４２）、低圧配管（３）、両圧縮機（４），（８）及びＪ−Ｔ用高圧配管（１５）に対し直列に接続された冷媒回路をなし、その冷媒回路の一部が液体ヘリウム戻し配管（４０）及びヘリウムガス吸入配管（４１）を介してヘリウムタンク（Ｔｈ）内に開放されており、タンク（Ｔｈ）内で蒸発したヘリウムガスをガス吸入配管（４１）から冷媒回路に吸い込んで第３〜第１Ｊ−Ｔ熱交換器（３４）〜（３２）の各２次側を通してＪ−Ｔ用及び予冷用圧縮機（４），（８）に吸入圧縮する。また、この予冷用圧縮機（８）により圧縮された高圧ヘリウムガスを第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（３２）〜（３４）において、圧縮機（４）側に向かう低温低圧のヘリウムガスと熱交換させるとともに、第１及び第２予冷器（３６），（３７）でそれぞれシリンダ（２４）の第１及び第２ヒートステーション（２９），（３０）で冷却した後、Ｊ−Ｔ弁（３８）でジュール・トムソン膨張させて約４Ｋの液状態のヘリウムとなし、この液体ヘリウムを液体ヘリウム戻し配管（４０）を経由してタンク（Ｔｈ）内に戻すようになされている。
【００３７】
上記第１〜第３開閉弁（ＡＶ１）〜（ＡＶ３）は、圧縮機（４），（８）の運転周波数を制御する電源制御ユニット（５１）からの制御信号を受けて空気圧の作用又は作用停止を切り換えるマニホールドユニット（５２）に接続されている。上記電源制御ユニット（５１）には、上記予冷用圧縮機（８）から吐出された高圧ヘリウムガスの圧力を検出する高圧センサ（ＨＰＳ）の検出信号と、Ｊ−Ｔ用圧縮機（４）の吸込側に連通する低圧配管（３）内の低圧ヘリウムガスの圧力を検出する低圧センサ（ＬＰＳ）の検出信号と、ヘリウムガス給排配管（１７）内の圧力（バッファタンク（Ｔｂ）の内圧（ＰB））を検出するバッファタンク内圧検出手段としてのバッファタンク圧センサ（ＭＰＳ）の検出信号と、圧縮機ユニット（１）における３つの保護スイッチ（ＳＳ１）〜（ＳＳ３）の作動信号と、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力（ＰH）を検出するヘリウムタンク圧センサ（ＴＰＳ）の検出信号とが入力されている。
【００３８】
ここで、電源制御ユニット（５１）で行われる制御動作について図２により説明する。まず、スタート後のステップＳ１で冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードとする。この通常モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を例えばｆ＝５０Ｈｚに設定し、第１開閉弁（ＡＶ１）を開弁させ、かつ第２及び第３開閉弁（ＡＶ２），（ＡＶ３）を共に閉弁させる。このステップＳ１の後は、ステップＳ２でバッファタンク圧（ＰB）が例えば３．０ｋｇ／ｃｍ²よりも低いかどうかを判定し、この判定がＰB＜３．０でないＮＯのときには上記ステップＳ１に戻る一方、判定がＰB＜３．０であるＹＥＳのときには、ステップＳ３に進んで冷凍機（Ｒ）の運転モードを抑制モードとする。この抑制モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を上記通常モードよりも低い例えばｆ＝４０Ｈｚに設定し、第１開閉弁（ＡＶ１）を閉弁させ、その代り第３開閉弁（ＡＶ３）を開弁させる。第２開閉弁（ＡＶ２）は閉弁のままに保持する。このステップＳ３の後は、ステップＳ４で液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力（ＰH）が例えば０．１ｋｇ／ｃｍ²Ｇよりも低いかどうかを判定し、この判定がＰH＜０．１でないＮＯのときには、ステップＳ５において上記バッファタンク圧（ＰB）が例えば４．０ｋｇ／ｃｍ²よりも高いかどうかを判定する。この判定がＰB＞４．０でないＮＯのときには上記ステップＳ３に戻る一方、判定がＹＥＳのときにはステップＳ１に戻る。また、上記ステップＳ４の判定がＰH＜０．１であるＹＥＳのときにもステップＳ１に戻る。
【００３９】
この実施形態では、上記ステップＳ３により、バッファタンク圧センサ（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧（ＰB）が所定値以下に低下したとき、冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードから抑制モードに切り換え、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）をｆ＝５０Ｈｚから例えばｆ＝４０Ｈｚに下げるとともに、開弁している第１開閉弁（ＡＶ１）を閉弁させ、その代りに第３開閉弁（ＡＶ３）を開弁させて、Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の流路を第１分岐配管（１５ａ）から第３分岐配管（１５ｃ）に切り換え、ヘリウムガスを第１絞り弁（Ｖ１）よりも開度の低い第３絞り弁（Ｖ３）を通過させて、圧縮機（４），（８）からＪ−Ｔ弁（３８）へ至るヘリウムガス流量が減少するように制御する制御手段（５３）が構成されている。
【００４０】
次に、上記実施形態の作用について説明する。リニアモータカーの超電導磁石が作動する定常状態では、その超電導磁石の超電導コイルがヘリウムタンク（Ｔｈ）内の液体ヘリウムにより臨界温度以下に冷却保持される。また、上記ヘリウムタンク（Ｔｈ）内で蒸発したヘリウムガスは、タンク（Ｔｈ）内に開口するヘリウムガス吸入配管（４１）から吸い込まれて冷凍機（Ｒ）の冷媒回路に供給され、そこで圧縮及び膨張により冷却されて液化する。この液体ヘリウムは液体ヘリウム戻し配管（４０）を経てタンク（Ｔｈ）内に戻される。このことによって、タンク（Ｔｈ）内に液体ヘリウムが所定量以上貯溜されて、超電導コイルが臨界温度以下に安定して冷却される。
【００４１】
上記冷凍機（Ｒ）の運転についてさらに詳しく説明すると、通常は冷凍機（Ｒ）は通常モードで運転される。この通常モードの運転状態では、圧縮機ユニット（１）の各圧縮機（４），（８）は運転周波数（ｆ）を例えばｆ＝５０Ｈｚとして運転される。そして、予冷用圧縮機（８）から供給された高圧のヘリウムガスの一部が予冷冷凍機（２２）（膨張機）におけるシリンダ（２４）内の各膨張空間で膨張し、このガスの膨張に伴う温度降下により第１ヒートステーション（２９）が所定温度レベルに、また第２ヒートステーション（３０）が第１ヒートステーション（２９）よりも低い温度レベルにそれぞれ冷却される。膨張空間で膨張したヘリウムガスは圧縮機ユニット（１）に戻り、その中間圧配管（７）を経由して予冷用圧縮機（８）に吸い込まれて圧縮される。
【００４２】
一方、圧縮機ユニット（１）におけるＪ−Ｔ用高圧配管（１５）の第１分岐配管（１５ａ）における第１開閉弁（ＡＶ１）が開弁する一方、第２及び第３開閉弁（ＡＶ２），（ＡＶ３）は閉弁しており、上記予冷用圧縮機（８）から吐出された高圧のヘリウムガスの残部は上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の第１絞り弁（Ｖ１）を経由してＪ−Ｔ冷凍機（３１）の第１Ｊ−Ｔ熱交換器（３２）の１次側に入り、そこで圧縮機（４）側へ向かう２次側の低圧ヘリウムガスと熱交換されて常温３００Ｋから約５０Ｋまで冷却され、その後、上記予冷冷凍機（２２）の第１ヒートステーション（２９）外周の第１予冷器（３６）に入ってさらに冷却される。この冷却されたガスは第２Ｊ−Ｔ熱交換器（３３）の１次側に入って、同様に２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により約１５Ｋまで冷却された後、予冷冷凍機（２２）の第２ヒートステーション（３０）外周の第２予冷器（３７）に入ってさらに冷却される。この後、ガスは第３Ｊ−Ｔ熱交換器（３４）の１次側に入って２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換によりさらに冷却され、しかる後にＪ−Ｔ弁（３８）に至る。このＪ−Ｔ弁（３８）では高圧ヘリウムガスは絞られてジュール・トムソン膨張し、約４Ｋの液状態のヘリウムとなり、この液体ヘリウムは液体ヘリウム戻し配管（４０）を経由してタンク（Ｔｈ）へ供給される。また、タンク（Ｔｈ）内で蒸発したヘリウムガスは、ヘリウムガス吸入配管（４１）を介して第３Ｊ−Ｔ熱交換器（３４）の２次側に吸入され、第２及び第１Ｊ−Ｔ熱交換器（３３），（３２）の各２次側を経由してＪ−Ｔ用圧縮機（４）に吸い込まれて圧縮される。
【００４３】
そして、以上の如き冷凍機（Ｒ）の通常モードでの運転時に、例えばリニアモータカーが定置状態になると、冷凍能力の余剰分により液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内でガスの液化が進行し、その分、バッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路にヘリウムガスが補充されて該バッファタンク（Ｔｂ）の内圧（ＰB）が低下する。このバッファタンク圧（ＰB）が例えば３．０ｋｇ／ｃｍ²よりも低くなると、冷凍機（Ｒ）の運転は上記通常モードから抑制モードに切り換えられて行われる。この抑制モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）が上記通常モードよりも低い例えばｆ＝４０Ｈｚに切り換えられる。このことで、冷凍機（Ｒ）の冷凍能力が低下して、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）でのヘリウムガスの液化の進行を抑制できるとともに、それに伴い、バッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路へのヘリウムガスの供給が抑制されて、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧低下を抑えることができる。
【００４４】
また、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）の切換えと同時に、第１開閉弁（ＡＶ１）は開弁状態から閉弁され、その代り第３開閉弁（ＡＶ３）が開弁され（第２開閉弁（ＡＶ２）は閉弁のままに保持される）、ヘリウムガスは第３分岐配管（１５ｃ）を経由してＪ−Ｔ弁（３８）に流れる。第３分岐配管（１５ｃ）には上記第１絞り弁（Ｖ１）よりも開度の小さい第３絞り弁（Ｖ３）が配置されているので、この第３絞り弁（Ｖ３）を流れるヘリウムガスの流量は少なくなる。このため、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）の低下に伴って冷媒回路でのヘリウムガスの循環量が大きく減少し、その減少分のヘリウムガスが液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内に集められてその内圧（ＰH）が上昇しようとしても、そのことを上記ヘリウムガスの流量の減少により回避することができる。このことによって、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）の内圧上昇を招くことなく圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を下げて冷凍機（Ｒ）の冷凍能力を低下させることができる。
【００４５】
そして、上記ヘリウムガスの流量の減少に伴い、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）の内圧（ＰH）が低下し、この低下分及びヘリウムガス循環量の減った分のヘリウムガスはバッファタンク（Ｔｂ）に溜められるが、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）の内圧（ＰH）が例えば０．１ｋｇ／ｃｍ²Ｇよりも下がるか、或いはバッファタンク圧（ＰB）が例えば４．０ｋｇ／ｃｍ²よりも高くなると、冷凍機（Ｒ）の運転モードは元の通常モードに切り換えられる。
【００４６】
尚、この実施形態において、冷凍機（Ｒ）の抑制モードでのヘリウムガス流量が超電導磁石の励消磁を行うときの励消磁モードと同じでよい場合には、第３絞り弁（Ｖ３）を第２絞り弁（Ｖ２）と、また第３開閉弁（ＡＶ３）を第２開閉弁（ＡＶ２）とそれぞれ兼用し、両モードの何れにおいても第２開閉弁（ＡＶ２）を開弁させて、ヘリウムガスが第２絞り弁（Ｖ２）を経て流れるようにすればよく、Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の第３分岐配管（１５ｃ）並びにそこに配置される第３絞り弁（Ｖ３）及び第３開閉弁（ＡＶ３）を省略することができる。
【００４７】
また、この実施形態における第１〜第３絞り弁（Ｖ１）〜（Ｖ３）及び第１〜第３開閉弁（ＡＶ１）〜（ＡＶ３）に代え、１つの弁で流量を調整できるような空圧式の制御弁を利用してもよい。
【００４８】
（実施形態２）
図４は実施形態２を示し（尚、図２及び図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、冷凍機（Ｒ）の抑制モードでは、ヘリウムガスの流量を０にするようにしたものである。
【００４９】
すなわち、この実施形態では、図示しないが、上記Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の第３分岐配管（１５ｃ）並びにそこに配置される第３絞り弁（Ｖ３）及び第３開閉弁（ＡＶ３）は省略されている（図３参照）。
【００５０】
また、電源制御ユニット（５１）で行われる制御動作は図４のとおりである。まず、スタート後のステップＴ１で冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードとする。この通常モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を例えばｆ＝５０Ｈｚに設定し、第１開閉弁（ＡＶ１）を開弁させ、かつ第２開閉弁（ＡＶ２）を閉弁させる。このステップＴ１の後は、ステップＴ２でバッファタンク圧（ＰB）が例えば３．０ｋｇ／ｃｍ²よりも低いかどうかを判定し、この判定がＰB＜３．０でないＮＯのときには上記ステップＴ１に戻る一方、判定がＰB＜３．０であるＹＥＳのときには、ステップＴ３に進んで冷凍機（Ｒ）を抑制モードで運転させる。この抑制モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を上記通常モードよりも低い例えばｆ＝４０Ｈｚに設定し、かつ第１開閉弁（ＡＶ１）を閉弁させる。第２開閉弁（ＡＶ２）は閉弁保持する。このステップＴ３の後は、ステップＴ４で液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力（ＰH）が例えば０．１ｋｇ／ｃｍ²Ｇよりも低いかどうかを判定し、この判定がＰH＜０．１でないＮＯのときには、ステップＴ５において上記バッファタンク圧（ＰB）が例えば４．０ｋｇ／ｃｍ²よりも高いかどうかを判定する。この判定がＰB＞４．０でないＮＯのときには上記ステップＴ３に戻る一方、判定がＹＥＳのときにはステップＴ１に戻る。また、上記ステップＴ４の判定がＰH＜０．１であるＹＥＳのときにもステップＴ１に戻る。
【００５１】
この実施形態では、上記ステップＴ３により、バッファタンク圧センサ（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）内圧が所定値以下に低下したとき、冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードから抑制モードに切り換え、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を下げるとともに、開弁している第１開閉弁（ＡＶ１）を閉弁させて、圧縮機（４），（８）からＪ−Ｔ弁（３８）へ至るヘリウムガス流量が０となるように制御する制御手段（５３）が構成されている。
【００５２】
したがって、この実施形態においては、冷凍機（Ｒ）の抑制モード運転では、第１及び第２開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）の双方が閉じられてヘリウムガス流量が０となるので、上記実施形態１と同様に、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）の低下に伴って液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力が上昇するのを回避することができ、よって液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）の内圧上昇を招くことなく圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を下げて冷凍機（Ｒ）の冷凍能力を低下させることができる。
【００５３】
（実施形態３）
図５及び図６は実施形態３を示し、冷凍機（Ｒ）の抑制モードでは、ヘリウムガスがバッファタンク（Ｔｂ）に戻り易くなるようにしたものである。
【００５４】
すなわち、この実施形態では、図６に示す如く、実施形態２と同様に、Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の第３分岐配管（１５ｃ）並びにそこに配置される第３絞り弁（Ｖ３）及び第３開閉弁（ＡＶ３）は省略されている。
【００５５】
また、ヘリウムガス戻し配管（１９）の途中には実施形態１の高圧制御弁（ＨＰＲ）に相当する第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）が配置されている。そして、この第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）両側のヘリウムガス戻し配管（１９）は、第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）をバイパスするバイパス配管（４４）で接続され、このバイパス配管（４４）には第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）と、開閉手段としての第４開閉弁（ＡＶ４）とが直列に配設されている。上記第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）は、第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）と同様に、Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）でのヘリウムガスの圧力が設定圧以上に上昇したときにそれをパイロット圧として自動的に開くもので、その開弁設定圧は第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）よりも低い設定圧とされている。一方、第４開閉弁（ＡＶ４）は、バイパス配管（４４）を開閉するもので、第１及び第２開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）と同様にマニホールドユニット（５２）に接続されており、この第４開閉弁（ＡＶ４）を開弁させたときには、バイパス配管（４４）を開き、Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）でのガス圧が第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）の設定圧よりも低い場合であっても第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）の開弁によりヘリウムガスをバッファタンク（Ｔｂ）に戻すようにしている。
【００５６】
電源制御ユニット（５１）では図５に示す制御が行われる。すなわち、スタート後のステップＵ１で冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードとする。この通常モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を例えばｆ＝５０Ｈｚに設定し、第１開閉弁（ＡＶ１）を開弁させ、かつ第２及び第４開閉弁（ＡＶ２），（ＡＶ４）を閉弁させる。このステップＵ１の後は、ステップＵ２でバッファタンク圧（ＰB）が例えば３．０ｋｇ／ｃｍ²よりも低いかどうかを判定し、この判定がＰB＜３．０でないＮＯのときには上記ステップＵ１に戻る一方、判定がＰB＜３．０のＹＥＳのときには、ステップＵ３に進んで冷凍機（Ｒ）を抑制モードで運転させる。この抑制モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を上記通常モードよりも低い例えばｆ＝４０Ｈｚに設定し、かつ第１開閉弁（ＡＶ１）を開弁状態に、また第２開閉弁（ＡＶ２）を閉弁状態にそれぞれ保持したまま、第４開閉弁（ＡＶ４）を開弁させる。このステップＵ３の後は、ステップＵ４で液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力（ＰH）が例えば０．１ｋｇ／ｃｍ²Ｇよりも低いかどうかを判定し、この判定がＰH＜０．１でないＮＯのときには、ステップＵ５において上記バッファタンク圧（ＰB）が例えば４．０ｋｇ／ｃｍ²よりも高いかどうかを判定する。この判定がＰB＞４．０でないＮＯのときには上記ステップＵ３に戻る一方、判定がＹＥＳのときにはステップＵ１に戻る。また、上記ステップＵ４の判定がＰH＜０．１のＹＥＳのときにもステップＵ１に戻る。
【００５７】
この実施形態では、上記ステップＵ３により、バッファタンク圧センサ（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧（ＰB）が所定値以下に低下したとき、冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードから抑制モードに切り換え、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）を下げるとともに、第４開閉弁（ＡＶ４）を開弁させてバイパス配管（４４）を開くように制御する制御手段（５３）が構成されている。
【００５８】
したがって、この実施形態においては、バッファタンク（Ｔｂ）内の圧力（ＰB）が所定値以下に低下したとき、冷凍機（Ｒ）の運転モードが通常モードから抑制モードに変更され、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆ）が５０Ｈｚから４０Ｈｚに下げられるとともに、第４開閉弁（ＡＶ４）が閉弁状態から開かれて、第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）をバイパスするバイパス配管（４４）が開放される。このバイパス配管（４４）には第１高圧制御弁（ＨＰＲ１）よりも低い設定圧で開弁する第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）が配設されているので、圧縮機（８）から吐出されたヘリウムガスは第２高圧制御弁（ＨＰＲ２）のあるバイパス配管（４４）を経由してバッファタンク（Ｔｂ）に戻り易くなり、その分、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力（ＰH）が上昇するのを抑制できる。よって上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５９】
また、上記圧縮機（４），（８）からのヘリウムガスがバッファタンク（Ｔｂ）に戻り易くなることは、予冷冷凍機（２２）の冷凍能力をも低下させることとなり、冷凍機（Ｒ）の冷凍能力をさらに効率よく低下させることができる利点がある。
【００６０】
（実施形態４）
図７及び図８は本発明の実施形態４を示し、冷凍機（Ｒ）の抑制モードでは、バッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの供給を停止するようにしたものである。
【００６１】
すなわち、この実施形態では、図８に示す如く、実施形態２と同様に、Ｊ−Ｔ用高圧配管（１５）の第３分岐配管（１５ｃ）並びにそこに配置される第３絞り弁（Ｖ３）及び第３開閉弁（ＡＶ３）は省略されている。
【００６２】
そして、ヘリウムガス給排配管（１７）におけるヘリウムガス供給配管（１８）の集合部の途中には該ヘリウムガス供給配管（１８）を開閉する開閉手段としての第５開閉弁（ＡＶ５）が配設され、この第５開閉弁（ＡＶ５）は、第１及び第２開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）と同様にマニホールドユニット（５２）に接続されており、この第５開閉弁（ＡＶ５）を閉弁させたときには、ヘリウムガス供給配管（１８）を閉じてバッファタンク（Ｔｂ）から冷媒回路へのヘリウムガスの供給を停止するようにしている。
【００６３】
電源制御ユニット（５１）では図７に示す制御が行われる。まず、スタート後のステップＷ１で冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードとする。この通常モードでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数の初期値（ｆ0）を例えばｆ0＝５０Ｈｚに設定し、第１及び第５開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ５）を開弁させ、第２開閉弁（ＡＶ２）は閉弁させる。このステップＷ１の後は、ステップＷ２でバッファタンク圧（ＰB）が例えば３．０ｋｇ／ｃｍ²よりも低いかどうかを判定し、この判定がＰB＜３．０でないＮＯのときには上記ステップＷ１に戻る一方、判定がＰB＜３．０のＹＥＳのときには、ステップＷ３で変数（ｎ）をｎ＝１に設定した後、ステップＷ４に進んで冷凍機（Ｒ）を抑制モードＡで運転させる。この抑制モードＡでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）を上記通常モードよりも例えば５Ｈｚだけ低いｆn＝ｆn-1−５（最初では例えばｆ1＝ｆ0−５＝３５Ｈｚ）に設定し、かつ第１開閉弁（ＡＶ１）を開弁状態に、また第２開閉弁（ＡＶ２）を閉弁状態にそれぞれ保持したまま、第５開閉弁（ＡＶ５）を閉弁させる。このステップＷ４の後は、ステップＷ５で冷凍機（Ｒ）全体の冷凍能力（Ｑ）が下限値（例えば５Ｗ）よりも下がったかどうかを判定し、この判定がＱ＜５でないＮＯのときには、ステップＷ６において液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力変化分（ΔＰH）が例えばΔＰH＜０でかつ液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力（ＰH）が例えば０．１ｋｇ／ｃｍ²Ｇよりも低いかどうかを判定し、この判定がＮＯのときには、再度上記ステップＷ４に戻り、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）をそのままに保って抑制モードＡで運転を行う。一方、ステップＷ６の判定がＹＥＳになると、ステップＷ７において変数（ｎ）をｎ＝ｎ＋１に更新した後、ステップＷ４に戻って冷凍機（Ｒ）を抑制モードＡで運転させる。このとき、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）は前回の周波数（ｆn-1）よりもさらに例えば５Ｈｚだけ下げられる（２回目では例えばｆ2＝ｆ1−５＝３０Ｈｚ）。
【００６４】
そして、上記ステップＷ５の判定がＱ＜５のＹＥＳになると、ステップＷ８に進み、冷凍機（Ｒ）を抑制モードＢで運転させる。この抑制モードＢでは、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）を前回の周波数（ｆn-1）よりも例えば５Ｈｚだけ低いｆn＝ｆn-1−５のままに設定し、かつ第１開閉弁（ＡＶ１）を開弁状態に、また第２開閉弁（ＡＶ２）を閉弁状態にそれぞれ保持したまま、第５開閉弁（ＡＶ５）を元のとおりに開弁させる。
【００６５】
この実施形態では、上記ステップＷ３〜Ｗ８により、バッファタンク圧センサ（ＭＰＳ）で検出されたバッファタンク（Ｔｂ）の内圧（ＰB）が所定値以下に低下したとき、冷凍機（Ｒ）の運転モードを通常モードから抑制モードＡに切り換え、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）を例えば５Ｈｚずつ徐々に下げるとともに、第５開閉弁（ＡＶ５）を閉弁させてヘリウムガス供給配管（１８）を閉じ、その後に冷凍機（Ｒ）の冷凍能力（Ｑ）が下限値よりも下がると、冷凍機（Ｒ）の運転モードを抑制モードＡから抑制モードＢに切り換え、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）をそれまでの値に保って、第５開閉弁（ＡＶ５）を開弁させるように制御する制御手段（５３）が構成されている。
【００６６】
したがって、この実施形態においては、冷凍機（Ｒ）が通常モードで運転されているとき、バッファタンク（Ｔｂ）内の圧力（ＰB）が所定値以下に低下すると、抑制モードＡに切り換えられ、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）が例えば５Ｈｚ下げられるとともに、通常モードでは開弁していた第５開閉弁（ＡＶ５）が閉弁されてヘリウムガス供給配管（１８）が閉じられる。そして、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力変化分（ΔＰH）がΔＰH＜０でかつタンク内圧（ＰH）が例えば０．１ｋｇ／ｃｍ²Ｇよりも低くなると、冷凍機（Ｒ）全体の冷凍能力（Ｑ）が下限値（例えば５Ｗ）よりも下がるまで圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）が徐々に５Ｈｚずつ低下し、冷凍能力（Ｑ）が下限値よりも低くなると、抑制モードＢに切り換えられ、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）は前回に低下したままで、第５開閉弁（ＡＶ５）が開弁されてヘリウムガス供給配管（１８）が開く。
【００６７】
この場合、上記圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）の低下に伴い、液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）の内圧（ＰH）は一時的に上昇する。これを利用し、開閉手段（ＡＶ５）により冷媒供給配管（１８）を閉鎖してバッファタンク（Ｔｂ）からの冷媒の供給を停止しながら、冷媒タンク（Ｔｈ）内の圧力を負圧にすることなく冷凍機を運転することができる。
【００６８】
また、圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）の低下と同時に第５開閉弁（ＡＶ５）によりヘリウムガス供給配管（１８）が閉じられるので、低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）が機構の簡便性を優先したものであって、そのヒステリシス等により圧縮機（４），（８）の運転周波数（ｆn）の低下時に液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内の圧力（ＰH）が上昇したときにバッファタンク（Ｔｂ）からのヘリウムガスの供給が低圧制御弁（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）により停止されない場合でも、そのバッファタンク（Ｔｂ）からの不必要なヘリウムガスの供給を確実に防止することができる。
【００６９】
尚、本発明では、上記実施形態４の構成を実施形態１〜３と組み合わせるようにすることもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、超電導磁石を臨界温度以下に冷却保持する液化冷媒を貯溜するタンクに冷媒回路が開放されるとともに、冷凍機の冷媒タンクと圧縮機の吸込側との間の冷媒回路に対し、冷媒タンク内の圧力が設定圧以下に低下したときに開く低圧制御弁を配置した冷媒供給配管を介してバッファタンクが接続され、かつこのバッファタンクが圧縮機の吐出側の冷媒回路に対し、その吐出側冷媒圧が設定圧以上に上昇したときに開く高圧制御弁を配置した冷媒戻し配管を介して接続され、タンク内で蒸発した冷媒を冷媒回路に取り込んで圧縮及び膨張により冷却して再液化し、この液化冷媒をタンク内に戻すようにした極低温冷凍機において、バッファタンクの内圧を検出し、このバッファタンクの内圧が所定値以下に低下したとき、圧縮機の運転周波数を下げるとともに、圧縮機から膨張手段へ至る高圧配管を閉じて、冷媒流量を０とするようにした。また、請求項２の発明では、同様に、バッファタンクの内圧が所定値以下に低下したとき、圧縮機の運転周波数を下げるとともに、圧縮機から膨張手段へ至る高圧配管の開度を小さくして冷媒流量を減少させるようにした。従って、これら発明によれば、冷媒タンクの内圧上昇を招くことなく圧縮機の運転周波数を下げて冷凍機の冷凍能力を低下させることができる。
【００７１】
請求項３の発明によると、高圧制御弁をバイパスするバイパス配管を設けて、そのバイパス配管に開弁圧が元の高圧制御弁よりも低い今１つの高圧制御弁を配置し、バッファタンク内圧が所定値以下に低下したとき、圧縮機の運転周波数を下げるとともに、新たな高圧制御弁の配置されているバイパス配管を開放するようにしたことにより、圧縮機の運転周波数を下げたときに、圧縮機から吐出された高圧冷媒をバッファタンクに戻り易くして、冷媒タンク内の圧力上昇を抑制でき、よって上記発明と同様の作用効果を奏することができる。
【００７２】
請求項４の発明によると、バッファタンクの内圧が所定値以下に低下すると、圧縮機の運転周波数を下げるとともに、冷媒タンクと圧縮機の吸込側との間の低圧配管にバッファタンクを接続している冷媒供給配管を閉じるようにしたことにより、圧縮機の運転周波数の低下に伴い冷媒タンクの内圧が一時的に上昇するのを利用し、バッファタンクからの冷媒の供給を停止しながら、冷媒タンク内の圧力を負圧にすることなく冷凍機を運転することができる。また、低圧制御弁が、ヒステリシス等により圧縮機の運転周波数の低下時に冷媒タンク内の圧力が上昇したときにバッファタンクからの冷媒の供給が低圧制御弁により停止されない場合でも、そのバッファタンクからの不必要な冷媒の供給を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１の電源制御ユニットで行われる制御動作を示すフローチャート図である。
【図３】実施形態１におけるリニアモータカー用冷凍機の全体構成を示す冷媒回路図である。
【図４】実施形態２を示す図２相当図である。
【図５】実施形態３を示す図２相当図である。
【図６】実施形態３を示す図３相当図である。
【図７】実施形態４を示す図２相当図である。
【図８】実施形態４を示す図３相当図である。
【図９】従来例において圧縮機の運転周波数を低下させたときの液体ヘリウムタンクの内圧、バッファタンクからのヘリウムガス流量及び圧縮機へのヘリウムガスのリターン圧の変化を具体的に示す特性図である。
【符号の説明】
（Ｒ）冷凍機
（１）圧縮機ユニット
（４），（８）圧縮機
（１８）ヘリウムガス供給配管（冷媒供給配管）
（１９）ヘリウムガス戻し配管（冷媒戻し配管）
（２０）冷媒流量調整機構（冷媒流量調整手段）
（２１）冷凍機ユニット
（２２）予冷冷凍機
（３１）Ｊ−Ｔ冷凍機
（３８）Ｊ−Ｔ弁（膨張手段）
（４４）バイパス配管
（５１）電源制御ユニット
（５３）制御手段
（ＡＶ１）第１開閉弁（開閉手段）
（ＡＶ３）第３開閉弁
（ＡＶ４）第４開閉弁（開閉手段）
（ＡＶ５）第５開閉弁（開閉手段）
（Ｖ１）〜（Ｖ３）絞り弁
（ＬＰＲ１），（ＬＰＲ２）低圧制御弁
（ＨＰＲ）高圧制御弁
（ＨＰＲ１）第１高圧制御弁
（ＨＰＲ２）第２高圧制御弁
（ＭＰＳ）バッファタンク圧センサ（バッファタンク内圧検出手段）
（Ｔｈ）液体ヘリウムタンク（冷媒タンク）
（Ｔｂ）バッファタンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is attached to a refrigerant tank for storing a liquefied refrigerant for cooling a superconducting magnet to a cryogenic level. The refrigerant evaporated in the refrigerant tank is sucked into a refrigerant circuit and liquefied by compression and expansion into the tank. The present invention relates to an operation control device for a refrigerator that is returned.
[0002]
[Prior art]
In recent years, linear motor cars equipped with superconducting magnets have attracted attention. In this superconducting magnet, liquid helium stored in the tank is used to keep the superconductor used for the coil cooled below the critical temperature. However, since this liquid helium evaporates in the tank, this evaporated helium The gas needs to be cooled and condensed to be liquefied, and a cryogenic refrigerator is used for this purpose.
[0003]
As an example of a refrigerator that cools this helium gas to a condensation temperature, there is a conventional refrigerator that combines a pre-cooling refrigerator and a JT refrigerator as described in, for example, US Pat. No. 4,223,540. The precooling refrigerator is composed of a refrigerator such as a GM cycle (Gifford McMahon cycle) or an improved Solvay cycle. The helium gas (refrigerant) compressed by the compressor is adiabatically expanded by the expander and the temperature of the gas decreases. To generate a cryogenic level of cold in the heat station.
[0004]
On the other hand, the J-T refrigerator has a precooler that preheats the helium gas supplied from the compressor by heat exchange with the heat station of the expander in the precooling refrigerator, and expands the helium gas by Joule-Thomson. A helium gas from a compressor is precooled by a precooler, and the precooled helium gas is expanded by a Joule-Thomson expansion by a JT valve to achieve a 4K level cooling. It is supposed to be generated.
[0005]
When the evaporated helium gas in the tank is cooled by a refrigerator, two refrigerant pipes are arranged in the tank so that one end of each pipe opens into the tank, and the other ends of both pipes are connected to the outside of the tank. And is connected in series to the refrigerant circuit of the JT refrigerator, so that the inside of the tank becomes a part of the refrigerant circuit of the refrigerator, and evaporative helium gas in the tank is transferred from one pipe to the refrigerant of the JT refrigerator. The gas is sucked into a circuit and compressed by a compressor, and the compressed helium gas is expanded by a JT valve to be cooled and liquefied, and this liquid helium is returned to the tank via the other pipe. .
[0006]
Also, for the purpose of circulating a predetermined amount of helium gas to the refrigerant circuit, usually when the gas pressure in the tank drops below the set pressure in the low pressure pipe between the liquid helium tank and the suction side of the compressor A buffer tank is connected via a refrigerant supply pipe having a low pressure control valve to be opened, and the gas pressure in the high pressure pipe is connected to the high pressure pipe between the discharge side of the compressor and the JT valve. Is connected via a refrigerant return pipe provided with a high-pressure control valve that opens when the pressure rises above the set pressure, and helium gas is supplied and discharged from the buffer tank to the refrigerant circuit.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as the refrigerating capacity of the refrigerating machine for the linear motor car, in addition to the capacity of, for example, about 4 W corresponding to a stationary load in a state where the linear motor car is not moved and moved, a superconducting magnet can be used for maintenance or inspection of the linear motor car as a margin. Demagnetization to stop the generation of the magnetic field due to the current and the excitation demagnetization load when the excitation is performed by flowing current from the outside, and the running load in the state where the linear motor car is running are required, including the margin The refrigerating capacity is about 8 W, for example.
[0008]
However, if the stationary state continues for a long time, for example, at night, liquefaction of helium gas proceeds due to the margin of the refrigerating capacity, and the refrigerant circuit from the buffer tank is compensated for the shortage of helium gas amount in the refrigerant circuit. The helium gas is replenished, and the pressure in the buffer tank drops. Finally, not only the internal pressure of the liquid helium tank but also the internal pressure of the buffer tank becomes negative, and the atmosphere, which is an impurity, is sucked into the refrigerant circuit. There arises a problem that the circuit is blocked by freezing.
[0009]
For this reason, it is conceivable that the compressor is used as an inverter compressor having a variable operating frequency, and the refrigerator is operated in a suppression mode in which the operating frequency of the compressor is lowered to lower the refrigerating capacity when the linear motor car is stationary.
[0010]
However, it is difficult to adjust the reduction range of the operating frequency of the compressor, and if the reduction range is small, the intended purpose cannot be achieved. As shown in FIG. 9, if the operating frequency is greatly reduced, the degree of decrease in the amount of helium gas circulated increases, so that the reduced amount of helium gas is collected in the liquid helium tank and the internal pressure is reduced. Conversely, it rises rapidly and the upper limit value (for example, 0.4 kg / cm) at which the safety valve operates. ² G) may exceed (G) in FIG. 9 (not only the change in the internal pressure of the liquid helium tank when the operating frequency of the compressor is lowered, but also the helium gas flow rate from the buffer tank and the helium to the compressor). Each change in the return pressure of the gas is also shown). In other words, simply reducing the operating frequency of the compressor cannot be an essential solution.
[0011]
The present invention has been made in view of such various points, and its main purpose is to change the operation control mode in the refrigerating machine suppression mode, thereby reducing the operating frequency of the compressor. An object of the present invention is to reduce the refrigeration capacity of the refrigerator by lowering the operating frequency of the compressor without causing an increase in the internal pressure of the refrigerant tank.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, when reducing the refrigerating capacity of the refrigerator, not only the operating frequency of the compressor is lowered, but also the flow rate of the refrigerant supplied from the compressor to the refrigerant tank is reduced to 0. I tried to do it.
[0013]
Specifically, in the present invention, as shown in FIG. 1, compressors (4), (4), (4), (4), (2) which are variable in operating frequency are stored in a refrigerant tank (Th) for storing liquid refrigerant for cooling and holding a superconducting magnet below a critical temperature. 8) and a part of the refrigerant circuit formed by connecting the expansion means (38) with the high-pressure pipe (15) and the low-pressure pipe (3) are opened. Also, when the pressure in the refrigerant tank (Th) drops below the set pressure with respect to the low pressure pipe (3) between the refrigerant tank (Th) and the suction side of the compressors (4), (8). The high pressure between the discharge side of the compressors (4) and (8) and the expansion means (38) is connected via the refrigerant supply pipe (18) in which the low pressure control valves (LPR1) and (LPR2) to be opened are arranged. A buffer tank (Tb) connected to the pipe (15) via a refrigerant return pipe (19) provided with a high-pressure control valve (HPR) that opens when the pressure in the high-pressure pipe (15) rises above the set pressure. ). The gas refrigerant evaporated in the refrigerant tank (Th) is sucked into the refrigerant circuit, compressed by the compressors (4) and (8), and then expanded by the expansion means (38). Is assumed to be a refrigerator that generates and returns to the refrigerant tank (Th).
[0014]
Then, opening / closing means (AV1) for opening / closing the high-pressure pipe (15) between the branch to the refrigerant return pipe (19) and the expansion means (38), and a buffer for detecting the internal pressure of the buffer tank (Tb) A tank internal pressure detecting means (MPS), and when the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) drops below a predetermined value, the compressors (4), (8) And a control means (53) for controlling the opening / closing means (AV1) to be closed.
[0015]
With the above configuration, when the internal pressure of the buffer tank (Tb) is detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) and the tank internal pressure falls below a predetermined value, the compressor (4), (8 ) Is reduced. As a result, the refrigerating capacity of the refrigerator can be reduced to suppress the progress of liquefaction of the refrigerant, and the supply of the refrigerant from the buffer tank (Tb) to the refrigerant circuit can be suppressed to reduce the internal pressure of the buffer tank (Tb). Can be suppressed.
[0016]
As the operating frequency of the compressors (4) and (8) decreases, the circulation amount of the refrigerant greatly decreases, and the reduced amount of refrigerant is collected in the refrigerant tank (Th) so that its internal pressure increases. At the same time, the opening / closing means (AV1) is closed, the high-pressure pipe (15) from the compressors (4), (8) to the expansion means (38) is closed, and the refrigerant flow rate becomes zero. Therefore, the pressure in the refrigerant tank (Th) does not increase. Therefore, the operating frequency of the compressors (4) and (8) can be lowered and the refrigeration capacity of the refrigerator can be reduced without causing an increase in the internal pressure of the refrigerant tank (Th).
[0017]
In the second aspect of the invention, in the same refrigerator as in the first aspect of the invention, the opening degree of the high pressure pipe (15) between the branching portion to the refrigerant return pipe (19) and the expansion means (38) is changed. When the refrigerant flow rate adjusting means (20) for adjusting the refrigerant flow rate, the buffer tank internal pressure detecting means (MPS), and the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the detecting means (MPS) drop below a predetermined value The refrigerant flow rate adjusting means is controlled so as to lower the operating frequency of the compressors (4), (8) and the refrigerant flow rate from the compressors (4), (8) to the expansion means (38) is reduced. And a control means (53) for controlling (20).
[0018]
According to the present invention, when the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) drops below a predetermined value, the compressor (4), (8) is controlled by the control means (53). The operating frequency of the refrigerator is lowered, the refrigerating capacity of the refrigerator is reduced, the progress of liquefaction of the refrigerant is suppressed, and the supply of the refrigerant from the buffer tank (Tb) to the refrigerant circuit is suppressed, so that the buffer tank (Tb) A decrease in internal pressure is suppressed. At the same time, the refrigerant flow rate adjusting means (20) is controlled by the control means (53), and the refrigerant flow rate from the compressors (4), (8) to the expansion means (38) through the high pressure pipe (15). This reduces the pressure rise in the refrigerant tank (Th). Therefore, the same effect as that of the invention of claim 1 can be obtained.
[0019]
In the invention of claim 3, the high-pressure control valve that is arranged in the refrigerant return pipe and opens when the pressure in the high-pressure pipe rises to a set pressure or more is set to two different in the valve opening pressure. The high pressure control valve on the small side is routed.
[0020]
That is, in the present invention, similarly to the first or second aspect of the present invention, in the refrigerant tank (Th) for storing the liquid refrigerant for cooling and holding the superconducting magnet below the critical temperature, the compressor (4), the operation frequency variable compressor (4), (8) and a part of the refrigerant circuit formed by connecting the expansion means (38) with the high pressure pipe (15) and the low pressure pipe (3) are opened, and the refrigerant tank (Th) and the compressor (4) are opened. , (8) Low pressure control valves (LPR1) and (LPR2) that open when the pressure in the refrigerant tank (Th) drops below the set pressure are arranged on the low pressure pipe (3) between the suction side and (8) The high pressure pipe (15) is connected to the high pressure pipe (15) connected to the refrigerant supply pipe (18) and between the discharge side of the compressors (4) and (8) and the expansion means (38). A first high pressure control valve (HPR1) is opened that opens when the pressure rises above the set pressure. The buffer tank (Tb) connected through the refrigerant return pipe (19) is provided, and the gas refrigerant evaporated in the refrigerant tank (Th) is sucked into the refrigerant circuit and compressed by the compressors (4) and (8). Then, it is assumed that the refrigerator is expanded by the expansion means (38), and the liquid refrigerant is generated by the temperature drop due to the expansion and returned to the refrigerant tank (Th).
[0021]
A bypass pipe (44) that bypasses the first high-pressure control valve (HPR1) and a first pipe that is disposed in the bypass pipe (44) and opens at a set pressure lower than that of the first high-pressure control valve (HPR1). (2) A high pressure control valve (HPR2) and an opening / closing means (AV4) disposed in the bypass pipe (44) for opening and closing the bypass pipe (44) are provided.
[0022]
Furthermore, when the internal pressure of the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) and the buffer tank (Tb) detected by the detecting means (MPS) decreases below a predetermined value, the compressors (4) and (8) are operated. Control means (53) for lowering the frequency and controlling the opening / closing means (AV4) to open is provided.
[0023]
According to this configuration, when the internal pressure of the buffer tank (Tb) drops below a predetermined value, the operating frequency of the compressors (4), (8) is lowered by the control means (53) and the opening / closing means (AV4) Is opened, and the bypass pipe (44) that bypasses the first high-pressure control valve (HPR1) is opened. The bypass pipe (44) is provided with a second high pressure control valve (HPR2), and the second high pressure control valve (HPR2) opens at a lower set pressure than the first high pressure control valve (HPR1). The high-pressure refrigerant discharged from the compressors (4) and (8) easily returns to the buffer tank (Tb) via the bypass pipe (44) having the second high-pressure control valve (HPR2). It is possible to suppress an increase in the pressure in (Th), and thus the same effects as those of the above inventions can be achieved.
[0024]
In the fourth aspect of the invention, in the same refrigerator as in the first or second aspect of the invention, the opening / closing means (AV5) for opening / closing the refrigerant supply pipe (18), the buffer tank internal pressure detecting means (MPS), and this detection When the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the means (MPS) drops below a predetermined value, the operating frequency of the compressors (4), (8) is lowered and the opening / closing means (AV5) is closed. Control means (53) for controlling is provided.
[0025]
According to the present invention, when the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) falls below a predetermined value, the control means (53) operates the compressors (4) and (8). While the frequency is lowered, the opening / closing means (AV5) is closed and the refrigerant supply pipe (18) is closed. As the operating frequency of the compressors (4) and (8) decreases, the internal pressure of the refrigerant tank (Th) temporarily rises. Using this, the refrigerant supply pipe (18) is opened and closed by the opening / closing means (AV5). The refrigerator can be operated without reducing the pressure in the refrigerant tank (Th) while closing the refrigerant and stopping the supply of the refrigerant from the buffer tank (Tb).
[0026]
Further, since the refrigerant supply pipe (18) is closed by the opening / closing means (AV5) at the same time when the operation frequency of the compressors (4), (8) is lowered, for example, the low pressure control valves (LPR1), (LPR2) have a simple mechanism. The refrigerant is supplied from the buffer tank (Tb) when the pressure in the refrigerant tank (Th) rises when the operating frequency of the compressors (4) and (8) is lowered due to hysteresis or the like. Even when the low pressure control valves (LPR1) and (LPR2) are not stopped, unnecessary refrigerant supply from the buffer tank (Tb) can be reliably prevented.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIG.
(Embodiment 1)
FIG. 3 shows the overall configuration of the refrigerator (R) according to Embodiment 1 of the present invention, and this refrigerator (R) uses a superconducting coil (not shown) of a superconducting magnet provided in a linear motor car as liquid helium. This is for cooling by (refrigerant), and is attached to a liquid helium tank (Th) for storing liquid helium, and a superconducting coil of a superconducting magnet is immersed and accommodated in this helium tank (Th). The superconducting coil is cooled and held below the critical temperature by this liquid helium.
[0028]
The refrigerator (R) includes a compressor unit (1) and a refrigerator unit (21) arranged in a vacuum dewar (D). The compressor unit (1) includes an inverter type JT compressor (4) with variable operating frequency that sucks and compresses low-pressure helium gas from the low-pressure gas inlet (2) through the low-pressure pipe (3). And a heat exchanger (5) for cooling the helium gas discharged from the J-T compressor (4), and a helium gas discharged from the heat exchanger (5) into an intermediate pressure gas inlet ( 6) From the precooling compressor (8), the inverter type precooling compressor (8) of variable operating frequency that compresses to a higher pressure together with the intermediate pressure helium gas sucked from the intermediate pressure pipe (7). A pre-stage oil separator (9) for separating oil for compressor lubrication from the discharged high-pressure helium gas, and a heat exchanger (10) for cooling the high-pressure helium gas discharged from the pre-stage oil separator (9) , Discharged from this heat exchanger (10) A post-stage oil separator (11) that further separates oil for lubrication from the helium gas, and an adsorber (12) that adsorbs and removes impurities from the helium gas discharged from the post-stage oil separator (11) are provided. The discharge side of the adsorber (12) is connected to the pre-cooling high-pressure gas discharge port (14) via the pre-cooling high-pressure pipe (13) and branched from the pre-cooling high-pressure pipe (13). Each is connected to a JT high-pressure gas discharge port (16) via a pipe (15).
[0029]
The JT high-pressure pipe (15) is branched in parallel to the first to third three branch pipes (15a) to (15c) on the way, and the first branch pipe (15a) has a throttle for flow rate adjustment. A fixed first throttle valve (V1) and a pneumatic first on-off valve (AV1) are arranged on the high-pressure gas discharge port (16) side of the first throttle valve (V1). On the other hand, a similar second throttle valve (V2) and a second on-off valve (AV2) are provided in the second branch pipe (15b), and a similar third throttle valve (V3) is provided in the third branch pipe (15c). And a third on-off valve (AV3) are provided, and the opening of the third throttle valve (V3) is set smaller than that of the first throttle valve (V1). In this embodiment, the first and third throttle valves (V1) and (V3) and the first and third on-off valves (AV1) and (AV3) are used to connect JT to the compressors (4) and (8). A refrigerant flow rate adjusting mechanism (20) for adjusting the flow rate of helium gas by changing the opening of the high pressure pipe (15) leading to the valve (38) is configured, and the first on-off valve (AV1) is opened and the third on-off valve ( When AV3) is closed, the flow rate of helium gas is increased, while when the first on-off valve (AV1) is closed and the third on-off valve (AV3) is opened, the helium gas flow rate is decreased.
[0030]
The second on-off valve (AV2) is normally closed and opened to demagnetize the superconducting magnet, and its opening degree is set smaller than that of the first throttle valve (V1).
[0031]
Further, (Tb) is a buffer tank for storing helium gas at a predetermined pressure (PB), and one end of a helium gas supply / discharge pipe (17) is connected to the buffer tank (Tb). The other end of the helium gas supply / discharge pipe (17) is branched into a helium gas supply pipe (18) and a helium gas return pipe (19), and the end of the helium gas supply pipe (18) is connected to the J-T. It is connected to the low pressure pipe (3) between the suction side of the compressor (4) for use and the low pressure gas inlet (2). The helium gas supply pipe (18) is branched in parallel with two branch pipes (18a) and (18b) on the way, and one branch pipe (18a) has a fixed throttle-type fourth throttle valve (V4 for flow rate adjustment). ) And the first low-pressure control valve (LPR1) on the low-pressure pipe (3) side of the fourth throttle valve (V4), while the other branch pipe (18b) has a similar fifth throttle. A valve (V5) and a second low-pressure control valve (LPR2) are provided. Each of the low-pressure control valves (LPR1) and (LPR2) is automatically used as a pilot pressure when the pressure of the helium gas in the low-pressure pipe (3) (the internal pressure of the liquid helium tank (Th)) drops below a set pressure. The helium gas in the buffer tank (Tb) is supplied to the low pressure pipe (3) (refrigerant circuit) as the low pressure control valves (LPR1) and (LPR2) are opened.
[0032]
On the other hand, the end of the helium gas return pipe (19) is connected to the JT high-pressure pipe (15), and a high-pressure control valve (HPR) is disposed in the middle of the helium gas return pipe (19). . This high-pressure control valve (HPR) automatically opens as a pilot pressure when the pressure of the helium gas in the J-T high-pressure pipe (15) rises above a set pressure. When the HPR valve is opened, the helium gas in the JT high-pressure pipe (15) (refrigerant circuit) is returned to the buffer tank (Tb).
[0033]
On the other hand, the refrigerator unit (21) includes a precooling refrigerator (22) (expander) connected in a closed circuit to the precooling compressor (8) of the compressor unit (1), and J- A J-T refrigerator (31) connected in series to the T compressor (4) and the precooling compressor (8) is installed. The precooling refrigerator (22) is composed of a GM (Gifford McMahon) cycle refrigerator and compresses helium gas to precool the helium gas (refrigerant) in the JT refrigerator (31). And inflate. The precooling refrigerator (22) includes a sealed cylindrical case (23) disposed outside the vacuum dewar (D), and a large and small two-stage cylinder (24) connected to the case (23). Have The case (23) has a high-pressure gas inlet (26) connected to the pre-cooling high-pressure gas discharge port (14) of the compressor unit (1) via a flexible pipe (25), and the intermediate-pressure gas suction port. A low-pressure gas outlet (28) connected to (6) via a flexible pipe (27) is opened. On the other hand, the cylinder (24) extends through the side wall of the vacuum dewar (D), and the front end of the large diameter portion (24a) is cooled and held at a predetermined temperature level (29). In addition, the tip of the small diameter portion (24b) is formed in a second heat station (30) that is cooled and held at a temperature level lower than that of the first heat station (29).
[0034]
That is, although not shown here, in the cylinder (24), free type displacers (displacers) that define expansion spaces at positions corresponding to the heat stations (29) and (30) are reciprocated. It is inserted as possible. On the other hand, the case (23) accommodates a rotary valve that opens and closes each time it rotates, and a valve motor that drives the rotary valve. The rotary valve supplies helium gas flowing in from the high pressure gas inlet (26) to each expansion space in the cylinder (24), or discharges helium gas expanded in each expansion space from the low pressure gas outlet (28). It switches as follows. Then, high-pressure helium gas is expanded in each expansion space in the cylinder (24) by opening and closing the rotary valve, and a cryogenic level of cold is generated by a temperature drop caused by the expansion, and the cold is transferred to the cylinder (24). The first and second heat stations (29) and (30) in FIG. That is, in the pre-cooling refrigerator (22), the high-pressure helium gas discharged from the pre-cooling compressor (8) is adiabatically expanded to reduce the temperature of the heat stations (29) and (30). The precoolers (36) and (37) described later in (31) are precooled, and the expanded low-pressure helium gas is returned to the compressor (8) and recompressed.
[0035]
On the other hand, the J-T refrigerator (31) is a refrigerator that expands the helium gas by Joule-Thomson in order to generate a cold of about 4K level, and the refrigerator (31) is the vacuum dewar (D). The 1st-3rd JT heat exchanger (32)-(34) arrange | positioned in the inside is provided. These J-T heat exchangers (32) to (34) exchange heat with each other between helium gases passing through the primary side and the secondary side, respectively, and one of the first J-T heat exchangers (32). The next side is connected to the JT high-pressure gas discharge port (16) of the compressor unit (1) through a flexible pipe (35). The primary sides of the first and second JT heat exchangers (32) and (33) are arranged on the outer periphery of the first heat station (29) of the cylinder (24) in the precooling refrigerator (22). Are connected via a first precooler (36). Similarly, the primary sides of the second and third JT heat exchangers (33) and (34) are connected to each other via a second precooler (37) disposed on the outer periphery of the second heat station (30). Has been. Further, the primary side of the third JT heat exchanger (34) is connected to a JT valve (38) for expanding Joule-Thompson high-pressure helium gas via an adsorber (39). The opening degree of the JT valve (38) is adjusted by the operating rod (38a) from the outside of the vacuum dewar (D). The JT valve (38) communicates with the inside of the helium tank (Th) through a liquid helium return pipe (40) made of a stainless steel pipe. The helium tank (Th) is connected to the secondary side of the third J-T heat exchanger (34) through a helium gas suction pipe (41) made of a similar stainless steel pipe. The secondary side of the third J-T heat exchanger (34) is connected to the secondary side of the first J-T heat exchanger (32) through the secondary side of the second J-T heat exchanger (33). The secondary side of the first JT heat exchanger (32) is connected to the low-pressure gas inlet (2) of the compressor unit (1) through the flexible pipe (42).
[0036]
That is, the J-T refrigerator (31) is in series with the flexible pipes (35), (42), the low-pressure pipe (3), both compressors (4), (8), and the high-pressure pipe for JT (15). And a part of the refrigerant circuit is opened in the helium tank (Th) through the liquid helium return pipe (40) and the helium gas suction pipe (41), and the tank (Th) Helium gas evaporated inside is sucked into the refrigerant circuit from the gas suction pipe (41), and compressed for JT and precooling through the secondary sides of the third to first JT heat exchangers (34) to (32). Compressed by suction into machines (4) and (8). Further, the high pressure helium gas compressed by the precooling compressor (8) is cooled at low temperature and low pressure toward the compressor (4) in the first to third JT heat exchangers (32) to (34). After exchanging heat with helium gas, the first and second precoolers (36) and (37) are cooled in the first and second heat stations (29) and (30) of the cylinder (24), respectively. The T-valve (38) expands Joule-Thompson to form about 4K liquid helium, and this liquid helium is returned to the tank (Th) via the liquid helium return pipe (40).
[0037]
The first to third on-off valves (AV1) to (AV3) receive the control signal from the power supply control unit (51) that controls the operating frequency of the compressors (4) and (8), and act or act on air pressure. It is connected to a manifold unit (52) for switching the stop. The power control unit (51) includes a detection signal of a high pressure sensor (HPS) for detecting the pressure of the high pressure helium gas discharged from the precooling compressor (8), and a JT compressor (4). The detection signal of the low-pressure sensor (LPS) that detects the pressure of the low-pressure helium gas in the low-pressure pipe (3) communicating with the suction side, the pressure in the helium gas supply / discharge pipe (17) (the internal pressure of the buffer tank (Tb) ( PB)), the detection signal of the buffer tank pressure sensor (MPS) as the means for detecting the internal pressure of the buffer tank, the operation signals of the three protection switches (SS1) to (SS3) in the compressor unit (1), and liquid helium A detection signal of a helium tank pressure sensor (TPS) that detects a pressure (PH) in the tank (Th) is input.
[0038]
Here, the control operation performed in the power supply control unit (51) will be described with reference to FIG. First, the operation mode of the refrigerator (R) is set to the normal mode in step S1 after the start. In this normal mode, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) is set to, for example, f = 50 Hz, the first on-off valve (AV1) is opened, and the second and third on-off valves ( Both AV2) and (AV3) are closed. After this step S1, the buffer tank pressure (PB) is, for example, 3.0 kg / cm in step S2. ² When the determination is NO when PB <3.0, the process returns to step S1. When the determination is YES when PB <3.0, the process proceeds to step S3 and the refrigerator (R ) Is set to the suppression mode. In this suppression mode, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) is set to, for example, f = 40 Hz, which is lower than that in the normal mode, and the first on-off valve (AV1) is closed. 3. Open the on-off valve (AV3). The second on-off valve (AV2) is kept closed. After step S3, the pressure (PH) in the liquid helium tank (Th) is, for example, 0.1 kg / cm in step S4. ² It is determined whether or not it is lower than G. If this determination is NO when PH <0.1, the buffer tank pressure (PB) is, for example, 4.0 kg / cm in step S5. ² To determine if it is higher. When this determination is NO when PB> 4.0, the process returns to step S3. When the determination is YES, the process returns to step S1. The process returns to step S1 also when the determination in step S4 is YES where PH <0.1.
[0039]
In this embodiment, when the internal pressure (PB) of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank pressure sensor (MPS) is reduced to a predetermined value or less by the above step S3, the operation mode of the refrigerator (R) is set to normal. The mode is switched from the mode to the suppression mode, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) is lowered from f = 50 Hz to, for example, f = 40 Hz, and the opened first on-off valve (AV1) is closed. Instead, the third on-off valve (AV3) is opened, and the flow path of the high pressure pipe for JT (15) is switched from the first branch pipe (15a) to the third branch pipe (15c), Helium gas flow rate from the compressor (4), (8) to the J-T valve (38) through the third throttle valve (V3) having a lower opening than the first throttle valve (V1). Control means (53 for controlling so as to decrease ) Is configured.
[0040]
Next, the operation of the above embodiment will be described. In the steady state in which the superconducting magnet of the linear motor car operates, the superconducting coil of the superconducting magnet is cooled and held below the critical temperature by liquid helium in the helium tank (Th). The helium gas evaporated in the helium tank (Th) is sucked from the helium gas suction pipe (41) opened in the tank (Th) and supplied to the refrigerant circuit of the refrigerator (R), where it is compressed and It cools by expansion and liquefies. The liquid helium is returned to the tank (Th) through the liquid helium return pipe (40). Thus, a predetermined amount or more of liquid helium is stored in the tank (Th), and the superconducting coil is stably cooled below the critical temperature.
[0041]
The operation of the refrigerator (R) will be described in more detail. Usually, the refrigerator (R) is operated in the normal mode. In this normal mode operation state, the compressors (4) and (8) of the compressor unit (1) are operated at an operation frequency (f) of, for example, f = 50 Hz. A part of the high-pressure helium gas supplied from the precooling compressor (8) expands in each expansion space in the cylinder (24) of the precooling refrigerator (22) (expander), and this gas is expanded. Due to the accompanying temperature drop, the first heat station (29) is cooled to a predetermined temperature level, and the second heat station (30) is cooled to a temperature level lower than that of the first heat station (29). The helium gas expanded in the expansion space returns to the compressor unit (1), and is sucked into the precooling compressor (8) through the intermediate pressure pipe (7) and compressed.
[0042]
On the other hand, the first on-off valve (AV1) in the first branch pipe (15a) of the JT high-pressure pipe (15) in the compressor unit (1) is opened, while the second and third on-off valves (AV2) are opened. , (AV3) are closed, and the remainder of the high pressure helium gas discharged from the precooling compressor (8) passes through the first throttle valve (V1) of the JT high pressure pipe (15). Into the primary side of the first JT heat exchanger (32) of the JT refrigerator (31), where heat exchange is performed with the low-pressure helium gas on the secondary side toward the compressor (4) side. It is cooled from 300K to about 50K, and then enters the first precooler (36) on the outer periphery of the first heat station (29) of the precooling refrigerator (22) and further cooled. This cooled gas enters the primary side of the second J-T heat exchanger (33) and is similarly cooled to about 15K by heat exchange with the low-pressure helium gas on the secondary side. It enters into the 2nd precooler (37) of the 2nd heat station (30) outer periphery of 22), and is further cooled. Thereafter, the gas enters the primary side of the third JT heat exchanger (34) and is further cooled by heat exchange with the low-pressure helium gas on the secondary side, and then reaches the JT valve (38). In this J-T valve (38), the high-pressure helium gas is throttled and Joule-Thompson expansion is performed to form a helium in a liquid state of about 4K. Supplied to. The helium gas evaporated in the tank (Th) is sucked into the secondary side of the third J-T heat exchanger (34) via the helium gas suction pipe (41), and the second and first J-T heats. It is sucked into the JT compressor (4) through the secondary sides of the exchangers (33) and (32) and compressed.
[0043]
When the linear motor car is in a stationary state, for example, when the refrigerator (R) is operated in the normal mode as described above, liquefaction of gas proceeds in the liquid helium tank (Th) due to an excess of the refrigerating capacity, Then, helium gas is replenished from the buffer tank (Tb) to the refrigerant circuit, and the internal pressure (PB) of the buffer tank (Tb) decreases. The buffer tank pressure (PB) is, for example, 3.0 kg / cm ² If it becomes lower than that, the operation of the refrigerator (R) is performed by switching from the normal mode to the suppression mode. In this suppression mode, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) is switched to, for example, f = 40 Hz, which is lower than that in the normal mode. As a result, the refrigerating capacity of the refrigerator (R) is reduced, and the progress of liquefaction of helium gas in the liquid helium tank (Th) can be suppressed, and accordingly, helium from the buffer tank (Tb) to the refrigerant circuit. The supply of gas is suppressed, and a decrease in the internal pressure of the buffer tank (Tb) can be suppressed.
[0044]
Simultaneously with the switching of the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8), the first on-off valve (AV1) is closed from the open state, and the third on-off valve (AV3) is opened instead. The second on-off valve (AV2) is kept closed, and the helium gas flows to the J-T valve (38) via the third branch pipe (15c). Since the third throttle valve (V3) having a smaller opening than the first throttle valve (V1) is disposed in the third branch pipe (15c), the helium gas flowing through the third throttle valve (V3) is arranged. The flow rate is reduced. For this reason, as the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) decreases, the amount of helium gas circulated in the refrigerant circuit greatly decreases, and the reduced amount of helium gas flows into the liquid helium tank (Th ), And the internal pressure (PH) is about to rise, this can be avoided by reducing the flow rate of the helium gas. As a result, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) can be lowered and the refrigeration capacity of the refrigerator (R) can be reduced without causing an increase in the internal pressure of the liquid helium tank (Th).
[0045]
As the flow rate of the helium gas decreases, the internal pressure (PH) of the liquid helium tank (Th) decreases, and the helium gas corresponding to the decrease and the reduced helium gas circulation amount is stored in the buffer tank (Tb). However, the internal pressure (PH) of the liquid helium tank (Th) is 0.1 kg / cm, for example. ² Or lower than G or buffer tank pressure (PB) is 4.0 kg / cm, for example. ² Is higher, the operation mode of the refrigerator (R) is switched to the original normal mode.
[0046]
In this embodiment, when the helium gas flow rate in the suppression mode of the refrigerator (R) may be the same as the excitation / demagnetization mode when the superconducting magnet is excited, the third throttle valve (V3) is The two throttle valve (V2) and the third on-off valve (AV3) are also used as the second on-off valve (AV2), respectively, and the second on-off valve (AV2) is opened in both modes, and the helium gas May flow through the second throttle valve (V2), the third branch pipe (15c) of the high pressure pipe for JT (15), and the third throttle valve (V3) and the third throttle valve arranged there. The on-off valve (AV3) can be omitted.
[0047]
Further, instead of the first to third throttle valves (V1) to (V3) and the first to third on-off valves (AV1) to (AV3) in this embodiment, a pneumatic type that can adjust the flow rate with one valve. The control valve may be used.
[0048]
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows a second embodiment (the same parts as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted), and the flow rate of helium gas in the control mode of the refrigerator (R). Is set to 0.
[0049]
That is, in this embodiment, although not shown, the third branch pipe (15c) of the JT high-pressure pipe (15) and the third throttle valve (V3) and the third on-off valve (AV3) arranged there. Is omitted (see FIG. 3).
[0050]
The control operation performed by the power supply control unit (51) is as shown in FIG. First, in step T1 after the start, the operation mode of the refrigerator (R) is set to the normal mode. In this normal mode, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) is set to, for example, f = 50 Hz, the first on-off valve (AV1) is opened, and the second on-off valve (AV2) is opened. Close the valve. After step T1, the buffer tank pressure (PB) is, for example, 3.0 kg / cm at step T2. ² When the determination is NO when PB <3.0, the process returns to step T1. When the determination is YES when PB <3.0, the process proceeds to step T3 and the refrigerator (R ) In the suppression mode. In this suppression mode, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) is set to, for example, f = 40 Hz, which is lower than the normal mode, and the first on-off valve (AV1) is closed. The second on-off valve (AV2) is kept closed. After step T3, the pressure (PH) in the liquid helium tank (Th) is, for example, 0.1 kg / cm at step T4. ² It is determined whether or not it is lower than G, and if this determination is NO when PH <0.1, the buffer tank pressure (PB) is, for example, 4.0 kg / cm at step T5. ² To determine if it is higher. When this determination is NO when PB> 4.0, the process returns to step T3. When the determination is YES, the process returns to step T1. The process returns to step T1 also when the determination in step T4 is YES, where PH <0.1.
[0051]
In this embodiment, when the buffer tank (Tb) internal pressure detected by the buffer tank pressure sensor (MPS) drops below a predetermined value in step T3, the operation mode of the refrigerator (R) is changed from the normal mode to the suppression mode. , The operating frequency (f) of the compressors (4), (8) is lowered, and the opened first on-off valve (AV1) is closed, so that the compressors (4), (8) The control means (53) which controls so that the flow rate of helium gas from the engine to the JT valve (38) becomes zero is configured.
[0052]
Therefore, in this embodiment, in the suppression mode operation of the refrigerator (R), both the first and second on-off valves (AV1) and (AV2) are closed and the helium gas flow rate becomes zero. As in the first mode, it is possible to avoid an increase in the pressure in the liquid helium tank (Th) as the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) decreases. The operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) can be lowered without reducing the internal pressure of (Th), and the refrigeration capacity of the refrigerator (R) can be reduced.
[0053]
(Embodiment 3)
5 and 6 show a third embodiment in which helium gas is easily returned to the buffer tank (Tb) in the refrigerating machine (R) suppression mode.
[0054]
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 6, as in the second embodiment, the third branch pipe (15c) of the high pressure pipe for JT (15) and the third throttle valve (V3) arranged there. The third on-off valve (AV3) is omitted.
[0055]
A first high pressure control valve (HPR1) corresponding to the high pressure control valve (HPR) of the first embodiment is disposed in the middle of the helium gas return pipe (19). The helium gas return pipes (19) on both sides of the first high pressure control valve (HPR1) are connected by a bypass pipe (44) that bypasses the first high pressure control valve (HPR1). A second high-pressure control valve (HPR2) and a fourth on-off valve (AV4) as an on-off means are arranged in series. Similar to the first high pressure control valve (HPR1), the second high pressure control valve (HPR2) pilots when the pressure of the helium gas in the JT high pressure pipe (15) rises above the set pressure. It opens automatically as a pressure, and its valve opening set pressure is set lower than the first high pressure control valve (HPR1). On the other hand, the fourth on-off valve (AV4) opens and closes the bypass pipe (44), and is connected to the manifold unit (52) in the same manner as the first and second on-off valves (AV1) and (AV2). When the fourth on-off valve (AV4) is opened, the bypass pipe (44) is opened, and the gas pressure in the J-T high pressure pipe (15) is higher than the set pressure of the first high pressure control valve (HPR1). Even if it is low, helium gas is returned to the buffer tank (Tb) by opening the second high-pressure control valve (HPR2).
[0056]
The power supply control unit (51) performs the control shown in FIG. That is, the operation mode of the refrigerator (R) is set to the normal mode in Step U1 after the start. In this normal mode, the operating frequency (f) of the compressors (4) and (8) is set to, for example, f = 50 Hz, the first on-off valve (AV1) is opened, and the second and fourth on-off valves ( AV2) and (AV4) are closed. After this step U1, the buffer tank pressure (PB) is, for example, 3.0 kg / cm in step U2. ² When the determination is NO when PB <3.0, the process returns to step U1. When the determination is YES when PB <3.0, the process proceeds to step U3 and the refrigerator (R) Is operated in suppression mode. In this suppression mode, the operating frequency (f) of the compressors (4), (8) is set to, for example, f = 40 Hz, which is lower than the normal mode, and the first on-off valve (AV1) is opened, The fourth on-off valve (AV4) is opened while the second on-off valve (AV2) is kept closed. After this step U3, the pressure (PH) in the liquid helium tank (Th) is, for example, 0.1 kg / cm in step U4. ² It is determined whether or not it is lower than G, and if this determination is NO when PH <0.1, the buffer tank pressure (PB) is, for example, 4.0 kg / cm in step U5. ² To determine if it is higher. When this determination is NO when PB> 4.0, the process returns to step U3. When the determination is YES, the process returns to step U1. The process returns to step U1 when the determination in step U4 is YES with PH <0.1.
[0057]
In this embodiment, when the internal pressure (PB) of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank pressure sensor (MPS) is reduced to a predetermined value or less by the step U3, the operation mode of the refrigerator (R) is set to normal. Control to switch from the mode to the suppression mode, lower the operating frequency (f) of the compressors (4), (8), and open the bypass pipe (44) by opening the fourth on-off valve (AV4) Means (53) are configured.
[0058]
Therefore, in this embodiment, when the pressure (PB) in the buffer tank (Tb) drops below a predetermined value, the operation mode of the refrigerator (R) is changed from the normal mode to the suppression mode, and the compressor (4 ), (8), the operating frequency (f) is lowered from 50 Hz to 40 Hz, and the fourth on-off valve (AV4) is opened from the closed state to bypass the first high pressure control valve (HPR1) ( 44) is opened. The bypass pipe (44) is provided with a second high-pressure control valve (HPR2) that opens at a set pressure lower than that of the first high-pressure control valve (HPR1), and is thus discharged from the compressor (8). Helium gas easily returns to the buffer tank (Tb) via the bypass pipe (44) having the second high-pressure control valve (HPR2), and the pressure (PH) in the liquid helium tank (Th) increases accordingly. Can be suppressed. Therefore, the same operation effect as the above-mentioned embodiment can be produced.
[0059]
In addition, the helium gas from the compressors (4) and (8) being easily returned to the buffer tank (Tb) also reduces the refrigeration capacity of the precooling refrigerator (22), and the refrigerator (R). There is an advantage that the refrigeration capacity can be reduced more efficiently.
[0060]
(Embodiment 4)
7 and 8 show Embodiment 4 of the present invention, in which the supply of helium gas from the buffer tank (Tb) is stopped in the suppression mode of the refrigerator (R).
[0061]
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 8, as in the second embodiment, the third branch pipe (15c) of the high pressure pipe for JT (15) and the third throttle valve (V3) arranged there. The third on-off valve (AV3) is omitted.
[0062]
A fifth on-off valve (AV5) serving as an opening / closing means for opening and closing the helium gas supply pipe (18) is arranged in the middle of the helium gas supply pipe (18) in the helium gas supply / discharge pipe (17). The fifth on-off valve (AV5) is connected to the manifold unit (52) in the same manner as the first and second on-off valves (AV1), (AV2), and the fifth on-off valve (AV5) is closed. When the valve is operated, the helium gas supply pipe (18) is closed to stop the supply of helium gas from the buffer tank (Tb) to the refrigerant circuit.
[0063]
The power supply control unit (51) performs the control shown in FIG. First, the operation mode of the refrigerator (R) is set to the normal mode in Step W1 after the start. In this normal mode, the initial value (f0) of the operating frequency of the compressors (4) and (8) is set to, for example, f0 = 50 Hz, and the first and fifth on-off valves (AV1) and (AV5) are opened. The second on-off valve (AV2) is closed. After this step W1, the buffer tank pressure (PB) is, for example, 3.0 kg / cm in step W2. ² When the determination is NO when PB <3.0, the process returns to step W1. When the determination is YES when PB <3.0, the variable (n) is set to n = in step W3. After setting to 1, it progresses to step W4 and operates a refrigerator (R) in the suppression mode A. In this suppression mode A, the operating frequency (fn) of the compressors (4), (8) is lower than the normal mode by, for example, 5 Hz, fn = fn-1-5 (initially, for example, f1 = f0-5 = 35 Hz). The fifth on-off valve (AV5) is closed while the first on-off valve (AV1) is kept open and the second on-off valve (AV2) is kept closed. After this step W4, it is determined in step W5 whether or not the refrigerating capacity (Q) of the entire refrigerator (R) has fallen below a lower limit value (for example, 5 W). At W6, the pressure change (ΔPH) in the liquid helium tank (Th) is, for example, ΔPH <0, and the pressure (PH) in the liquid helium tank (Th) is, for example, 0.1 kg / cm. ² It is determined whether or not it is lower than G. When this determination is NO, the process returns to Step W4 again, and the operation frequency (fn) of the compressors (4) and (8) is maintained as it is and the operation is performed in the suppression mode A. Do. On the other hand, if the determination in step W6 is YES, the variable (n) is updated to n = n + 1 in step W7, and then the process returns to step W4 to operate the refrigerator (R) in the suppression mode A. At this time, the operating frequency (fn) of the compressors (4) and (8) is further lowered by, for example, 5 Hz from the previous frequency (fn-1) (for example, f2 = f1-5 = 30 Hz in the second time).
[0064]
And if the determination of the said step W5 becomes YES of Q <5, it will progress to step W8 and will operate a refrigerator (R) in the suppression mode B. In this suppression mode B, the operating frequency (fn) of the compressors (4), (8) is set to fn = fn-1-5, which is lower than the previous frequency (fn-1) by, for example, 5 Hz, and The fifth on-off valve (AV5) is opened as it is while the first on-off valve (AV1) is kept open and the second on-off valve (AV2) is kept closed.
[0065]
In this embodiment, when the internal pressure (PB) of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank pressure sensor (MPS) is reduced to a predetermined value or less by the above steps W3 to W8, the operation mode of the refrigerator (R). Is switched from the normal mode to the suppression mode A, and the operating frequency (fn) of the compressors (4) and (8) is gradually lowered by 5 Hz, for example, and the fifth on-off valve (AV5) is closed to supply helium gas. When the pipe (18) is closed and then the refrigeration capacity (Q) of the refrigerator (R) falls below the lower limit value, the operation mode of the refrigerator (R) is switched from the suppression mode A to the suppression mode B, and the compressor ( The control means (53) is configured to control the fifth on-off valve (AV5) to open while maintaining the operating frequency (fn) of 4) and (8) at the previous values.
[0066]
Therefore, in this embodiment, when the refrigerator (R) is operated in the normal mode, when the pressure (PB) in the buffer tank (Tb) drops below a predetermined value, the mode is switched to the suppression mode A and the compression is performed. The operating frequency (fn) of the machines (4) and (8) is lowered by 5 Hz, for example, and the fifth on-off valve (AV5) that was opened in the normal mode is closed and the helium gas supply pipe (18) is closed. It is done. The pressure change (ΔPH) in the liquid helium tank (Th) is ΔPH <0 and the tank internal pressure (PH) is, for example, 0.1 kg / cm. ² When it becomes lower than G, the operating frequency (fn) of the compressors (4), (8) gradually decreases by 5 Hz until the refrigeration capacity (Q) of the entire refrigerator (R) falls below the lower limit value (for example, 5 W). When the refrigerating capacity (Q) becomes lower than the lower limit value, the control mode is switched to the suppression mode B, and the operating frequency (fn) of the compressors (4) and (8) remains lowered before the fifth on-off valve ( AV5) is opened and the helium gas supply pipe (18) is opened.
[0067]
In this case, the internal pressure (PH) of the liquid helium tank (Th) temporarily increases as the operating frequency (fn) of the compressors (4) and (8) decreases. Using this, the refrigerant supply pipe (18) is closed by the opening / closing means (AV5) to stop the supply of the refrigerant from the buffer tank (Tb), and the pressure in the refrigerant tank (Th) is made negative. The refrigerator can be operated without any.
[0068]
Further, since the helium gas supply pipe (18) is closed by the fifth on-off valve (AV5) simultaneously with the decrease in the operating frequency (fn) of the compressors (4), (8), the low pressure control valves (LPR1), (LPR2 ) Gives priority to the simplicity of the mechanism, and the pressure (PH) in the liquid helium tank (Th) increases when the operating frequency (fn) of the compressors (4), (8) decreases due to hysteresis etc. Even when the supply of helium gas from the buffer tank (Tb) is not stopped by the low pressure control valves (LPR1) and (LPR2), the unnecessary supply of helium gas from the buffer tank (Tb) is surely prevented. can do.
[0069]
In addition, in this invention, the structure of the said Embodiment 4 can also be made to combine with Embodiment 1-3.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the refrigerant circuit is opened to the tank that stores the liquefied refrigerant for cooling and holding the superconducting magnet below the critical temperature, and the refrigerant tank of the refrigerator and the suction side of the compressor are provided. A buffer tank is connected to the refrigerant circuit between the refrigerant circuit and the refrigerant tank via a refrigerant supply pipe provided with a low pressure control valve that opens when the pressure in the refrigerant tank drops below the set pressure. The refrigerant circuit on the side is connected via a refrigerant return pipe with a high-pressure control valve that opens when the discharge-side refrigerant pressure rises above the set pressure, and the refrigerant evaporated in the tank is taken into the refrigerant circuit and compressed In a cryogenic refrigerator that is cooled by expansion and reliquefied and returns the liquefied refrigerant to the tank, the internal pressure of the buffer tank is detected, and the internal pressure of the buffer tank is less than a predetermined value. When I dropped in, along with lowering the operation frequency of the compressor, closing the high-pressure pipe extending to the expansion unit from the compressor, and the refrigerant flow rate to zero. In the second aspect of the invention, similarly, when the internal pressure of the buffer tank drops below a predetermined value, the operating frequency of the compressor is lowered and the opening of the high-pressure pipe from the compressor to the expansion means is reduced. The refrigerant flow rate was reduced. Therefore, according to these inventions, the operating frequency of the compressor can be lowered and the refrigerating capacity of the refrigerator can be lowered without increasing the internal pressure of the refrigerant tank.
[0071]
According to the third aspect of the present invention, a bypass pipe for bypassing the high pressure control valve is provided, and the one high pressure control valve whose opening pressure is lower than that of the original high pressure control valve is arranged in the bypass pipe, and the buffer tank internal pressure is reduced. Compressed when the operating frequency of the compressor is reduced by lowering the operating frequency of the compressor when the operating frequency of the compressor is lowered by reducing the operating frequency of the compressor when the pressure drops below the specified value. The high-pressure refrigerant discharged from the machine can be easily returned to the buffer tank, and the pressure increase in the refrigerant tank can be suppressed, so that the same effect as the above invention can be achieved.
[0072]
According to the invention of claim 4, when the internal pressure of the buffer tank decreases below a predetermined value, the operating frequency of the compressor is lowered, and the buffer tank is connected to the low pressure pipe between the refrigerant tank and the suction side of the compressor. The refrigerant supply pipe is closed, and the refrigerant tank is stopped while the supply of refrigerant from the buffer tank is stopped using the fact that the internal pressure of the refrigerant tank temporarily increases as the operating frequency of the compressor decreases. The refrigerator can be operated without making the internal pressure negative. Even if the supply of refrigerant from the buffer tank is not stopped by the low-pressure control valve when the pressure in the refrigerant tank rises when the compressor operating frequency decreases due to hysteresis or the like, Unnecessary refrigerant supply can be reliably prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control operation performed by the power supply control unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram illustrating an overall configuration of the linear motor car refrigerator in the first embodiment.
FIG. 4 is a view corresponding to FIG.
FIG. 5 is a view corresponding to FIG.
FIG. 6 is a view corresponding to FIG.
FIG. 7 is a view corresponding to FIG.
FIG. 8 is a view corresponding to FIG.
FIG. 9 is a characteristic diagram specifically showing changes in the internal pressure of the liquid helium tank, the flow rate of helium gas from the buffer tank, and the return pressure of helium gas to the compressor when the operating frequency of the compressor is lowered in the conventional example. It is.
[Explanation of symbols]
(R) Refrigerator
(1) Compressor unit
(4), (8) Compressor
(18) Helium gas supply pipe (refrigerant supply pipe)
(19) Helium gas return pipe (refrigerant return pipe)
(20) Refrigerant flow rate adjusting mechanism (refrigerant flow rate adjusting means)
(21) Refrigerator unit
(22) Pre-cooling refrigerator
(31) J-T refrigerator
(38) J-T valve (expansion means)
(44) Bypass piping
(51) Power control unit
(53) Control means
(AV1) First open / close valve (open / close means)
(AV3) Third on-off valve
(AV4) Fourth open / close valve (open / close means)
(AV5) Fifth open / close valve (open / close means)
(V1) to (V3) Throttle valve
(LPR1), (LPR2) Low pressure control valve
(HPR) High pressure control valve
(HPR1) First high pressure control valve
(HPR2) Second high pressure control valve
(MPS) Buffer tank pressure sensor (buffer tank internal pressure detection means)
(Th) Liquid helium tank (refrigerant tank)
(Tb) Buffer tank

Claims

The compressor (4), (8) and the expansion means (38) with variable operating frequency are placed in a refrigerant tank (Th) for storing a liquid refrigerant that keeps the superconducting magnet cooled below the critical temperature. While a part of the refrigerant circuit connected with the pipe (3) is opened,
Low pressure that opens when the pressure in the refrigerant tank (Th) drops below the set pressure with respect to the low pressure pipe (3) between the refrigerant tank (Th) and the suction side of the compressors (4), (8). High-pressure piping (38) connected between the discharge side of the compressors (4) and (8) and the expansion means (38) connected via the refrigerant supply piping (18) in which the control valves (LPR1) and (LPR2) are arranged. 15), a buffer tank (Tb) connected via a refrigerant return pipe (19) provided with a high-pressure control valve (HPR) that opens when the pressure in the high-pressure pipe (15) rises above a set pressure. Prepared,
The gas refrigerant evaporated in the refrigerant tank (Th) is sucked into the refrigerant circuit, compressed by the compressors (4) and (8), then expanded by the expansion means (38), and liquid refrigerant is generated by the temperature drop due to the expansion. In the refrigerator that is returned to the refrigerant tank (Th),
Open / close means (AV1) for opening and closing the high-pressure pipe (15) between the branch to the refrigerant return pipe (19) and the expansion means (38);
Buffer tank internal pressure detecting means (MPS) for detecting the internal pressure of the buffer tank (Tb);
When the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) drops below a predetermined value, the operating frequency of the compressors (4), (8) is lowered and the opening / closing means ( And a control means (53) for controlling AV1) to close.

The compressor (4), (8) and the expansion means (38) with variable operating frequency are placed in a refrigerant tank (Th) for storing a liquid refrigerant that keeps the superconducting magnet cooled below the critical temperature. While a part of the refrigerant circuit connected with the pipe (3) is opened,
Low pressure that opens when the pressure in the refrigerant tank (Th) drops below the set pressure with respect to the low pressure pipe (3) between the refrigerant tank (Th) and the suction side of the compressors (4), (8). High-pressure piping (38) connected between the discharge side of the compressors (4) and (8) and the expansion means (38) connected via the refrigerant supply piping (18) in which the control valves (LPR1) and (LPR2) are arranged. 15), a buffer tank (Tb) connected via a refrigerant return pipe (19) provided with a high-pressure control valve (HPR) that opens when the pressure in the high-pressure pipe (15) rises above a set pressure. Prepared,
The gas refrigerant evaporated in the refrigerant tank (Th) is sucked into the refrigerant circuit, compressed by the compressors (4) and (8), then expanded by the expansion means (38), and liquid refrigerant is generated by the temperature drop due to the expansion. In the refrigerator that is returned to the refrigerant tank (Th),
A refrigerant flow rate adjusting means (20) for adjusting the refrigerant flow rate by changing the opening of the high pressure pipe (15) between the branching portion to the refrigerant return pipe (19) and the expansion means (38);
Buffer tank internal pressure detecting means (MPS) for detecting the internal pressure of the buffer tank (Tb);
When the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) drops below a predetermined value, control is performed to lower the operating frequency of the compressors (4), (8), Refrigeration characterized by comprising control means (53) for controlling the refrigerant flow rate adjusting means (20) so that the refrigerant flow rate from the compressors (4), (8) to the expansion means (38) decreases. Machine operation control device.

The compressor (4), (8) and the expansion means (38) with variable operating frequency are placed in a refrigerant tank (Th) for storing a liquid refrigerant that keeps the superconducting magnet cooled below the critical temperature. While a part of the refrigerant circuit connected with the pipe (3) is opened,
Low pressure that opens when the pressure in the refrigerant tank (Th) drops below the set pressure with respect to the low pressure pipe (3) between the refrigerant tank (Th) and the suction side of the compressors (4), (8). High-pressure piping (38) connected between the discharge side of the compressors (4) and (8) and the expansion means (38) connected via the refrigerant supply piping (18) in which the control valves (LPR1) and (LPR2) are arranged. 15), a buffer tank (Tb) connected via a refrigerant return pipe (19) provided with a first high pressure control valve (HPR1) that opens when the pressure in the high pressure pipe (15) rises above the set pressure. )
The gas refrigerant evaporated in the refrigerant tank (Th) is sucked into the refrigerant circuit, compressed by the compressors (4) and (8), then expanded by the expansion means (38), and liquid refrigerant is generated by the temperature drop due to the expansion. In the refrigerator that is returned to the refrigerant tank (Th),
A bypass pipe (44) for bypassing the first high pressure control valve (HPR1);
A second high pressure control valve (HPR2) disposed in the bypass pipe (44) and opened at a lower set pressure than the first high pressure control valve (HPR1);
An opening / closing means (AV4) disposed in the bypass pipe (44) for opening and closing the bypass pipe (44);
Buffer tank internal pressure detecting means (MPS) for detecting the internal pressure of the buffer tank (Tb);
When the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) drops below a predetermined value, the operating frequency of the compressors (4), (8) is lowered and the opening / closing means ( And a control means (53) for controlling to open AV4).

The compressor (4), (8) and the expansion means (38) with variable operating frequency are placed in a refrigerant tank (Th) for storing a liquid refrigerant that keeps the superconducting magnet cooled below the critical temperature. While a part of the refrigerant circuit connected with the pipe (3) is opened,
Low pressure that opens when the pressure in the refrigerant tank (Th) drops below the set pressure with respect to the low pressure pipe (3) between the refrigerant tank (Th) and the suction side of the compressors (4), (8). High-pressure piping (38) connected between the discharge side of the compressors (4) and (8) and the expansion means (38) connected via the refrigerant supply piping (18) in which the control valves (LPR1) and (LPR2) are arranged. 15), a buffer tank (Tb) connected via a refrigerant return pipe (19) provided with a high-pressure control valve (HPR) that opens when the pressure in the high-pressure pipe (15) rises above a set pressure. Prepared,
The gas refrigerant evaporated in the refrigerant tank (Th) is sucked into the refrigerant circuit, compressed by the compressors (4) and (8), then expanded by the expansion means (38), and liquid refrigerant is generated by the temperature drop due to the expansion. In the refrigerator that is returned to the refrigerant tank (Th),
Opening and closing means (AV5) for opening and closing the refrigerant supply pipe (18);
Buffer tank internal pressure detecting means (MPS) for detecting the internal pressure of the buffer tank (Tb);
When the internal pressure of the buffer tank (Tb) detected by the buffer tank internal pressure detecting means (MPS) drops below a predetermined value, the operating frequency of the compressors (4), (8) is lowered and the opening / closing means ( And a control means (53) for controlling the AV 5) to close.