JPH09229503A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機５，８に対し並列に接続されたＪＴ冷
凍機５１用の予冷冷凍機２６とシールド冷凍機４０とを
マルチ運転する場合に、各冷凍機２６，４０の容量変更
や仕様変更を行うことなく、同じ冷凍機２６，４０を使
用しながら各々の冷凍能力を調整できるようにして、Ｊ
Ｔ冷凍機５１の幅広い能力制御を行う。 【解決手段】 各冷凍機２６，４０のディスプレーサ駆
動周波数を可変とし、ＪＴ冷凍機５１の冷凍負荷として
のバッファタンクＴｂの内圧が設定値よりも低下したと
き、予冷冷凍機２６のディスプレーサ駆動周波数を下げ
かつシールド冷凍機４０のディスプレーサ駆動周波数を
上げてＪＴ冷凍機５１の冷凍能力を低下させ、タンクＴ
ｂの内圧が設定値よりも低下したときに、予冷冷凍機２
６のディスプレーサ駆動周波数を上げかつシールド冷凍
機４０のディスプレーサ駆動周波数を下げてＪＴ冷凍機
５１の冷凍能力を上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機に対し膨張
機からなる複数台の冷凍機が接続された極低温冷凍装置
に関し、特に、その各冷凍機の能力を個別に可変制御す
るようにしたものの技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の極低温冷凍装置とし
て、冷媒ガスを圧縮する１台の圧縮機に対し、該圧縮機
からの冷媒ガスをディスプレーサの往復動により断熱膨
張させて極低温を発生させる複数台の冷凍機（膨張機）
を並列に接続し、これら冷凍機を同時にマルチ運転させ
るようにしたマルチ型のものが知られている（例えば特
開平３―１５６７７号、特開平１―２１０７６５号、特
開平５―８７４１４号、特公平６―６８４２２号及び実
開平５―４７７６１号の各公報参照）。

【０００３】また、この他、冷凍機におけるディスプレ
ーサの往復動の駆動周波数を可変とすることにより、冷
凍装置の能力を変えるようにすることが知られている
（例えば特開平２―２６１０９４号、特公昭３―５０９
５６号、特開昭６３―３０６３６１号、特開平６―１０
１９１７号、特開平３―１５２３５３号及び実開昭６２
―１１２０７４号の各公報参照）。さらに、特公昭６１
―６０３４８号公報に示されるものでは、ディスプレー
サに対する冷媒ガス圧により該ディスプレーサを往復動
させるガス圧駆動型の冷凍機において、開度変化によっ
て上記ディスプレーサへの冷媒ガス圧を変える可変オリ
フィスを設け、この可変オリフィスの開度制御によって
ディスプレーサの往復動の動きを調整するようになされ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記前者の
従来例のように、複数台の冷凍機を圧縮機に接続してマ
ルチ運転する場合、各冷凍機の冷凍能力は他の冷凍機と
の組合わせに応じて一律に決定されてしまい、個々の冷
凍機の冷凍能力が異なるときには、予め、冷凍機の仕様
を変更しておく必要があり、また、冷凍機の冷凍能力を
変えるときには、その都度、冷凍機の容量変更を行わね
ばならない。

【０００５】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、圧縮機に複数台の冷凍機を並列に接続
してマルチ運転する場合に、上記後者の従来技術の考え
方を押し進めることで、各冷凍機の容量変更や仕様変更
を行うことなく、同じ冷凍機を使用しながら各々の冷凍
能力を調整できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、複数台の冷凍機を圧縮機に接続し
てマルチ運転するマルチ型の極低温冷凍装置に対し、そ
の少なくとも１台の冷凍機のディスプレーサ駆動周波数
や冷凍機に対する冷媒流量等を可変とするようにした。

【０００７】具体的には、図１に示すように、請求項１
の発明では、冷媒ガスを圧縮する少なくとも１台の圧縮
機と、該圧縮機に並列に接続され、圧縮機からの冷媒ガ
スをディスプレーサの往復動により膨張させて極低温を
発生させる複数台の冷凍機（２６），（４０）とを備え
た極低温冷凍装置において、上記少なくとも１台の冷凍
機（２６），（４０）のディスプレーサの往復動の駆動
周波数を可変とするディスプレーサ駆動周波数可変手段
（７２）を設ける。

【０００８】上記の構成により、複数台のうちの少なく
とも１台の冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ
駆動周波数がディスプレーサ駆動周波数可変手段（７
２）によって可変とされているので、その冷凍機（２
６），（４０）のディスプレーサ駆動周波数を変えるこ
とで、該冷凍機（２６），（４０）の冷凍能力を変える
ことができる。このことで、複数台の冷凍機（２６），
（４０）間の能力配分を変更でき、個々の冷凍機（２
６），（４０）の冷凍能力に応じて、その容量変更を要
することなく幅広い調整を行うことができる。

【０００９】請求項２の発明では、請求項１の発明の極
低温冷凍装置において、複数台の冷凍機（２６），（４
０）は、圧縮機からの高圧冷媒ガスのＪＴ弁（５８）で
のジュールトムソン膨張により極低温を発生させるＪＴ
冷凍機（５１）に付設されかつ上記ジュールトムソン膨
張する前の高圧冷媒ガスを予冷する予冷冷凍機（２６）
と、少なくとも上記ＪＴ冷凍機（５１）による極低温冷
却部分を外部から熱シールドするシールド冷凍機（４
０）とからなるものとする。

【００１０】このことで、ＪＴ冷凍機（５１）の予冷冷
凍機（２６）及びシールド冷凍機（４０）をマルチ運転
する場合でも、予冷冷凍機（２６）つまりＪＴ冷凍機
（５１）の冷凍能力とシールド冷凍機（４０）の冷凍能
力との能力配分を同じ仕様の冷凍機（２６），（４０）
を用いて調整することができ、冷凍機（２６），（４
０）の仕様変更を要することなく、種々の冷凍能力の要
求に対応させることができる。

【００１１】請求項３の発明では、請求項２の発明の極
低温冷凍装置において、圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する
低段圧縮機（５）と、該低段圧縮機（５）から吐出され
た冷媒ガスを圧縮する高段圧縮機（８）とからなるもの
とし、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）は、
上記高段圧縮機（８）から吐出された冷媒ガスを膨張さ
せるように構成されているものとする。また、請求項４
の発明では、圧縮機は、予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）に冷媒ガスを供給する冷凍機用圧縮機
（１８）と、ＪＴ弁（５８）に冷媒ガスを供給するＪＴ
用圧縮機（１９）とからなる構成とする。これらの発明
によれば、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）
に接続される圧縮機の接続構造を具体化することができ
る。

【００１２】請求項５の発明では、請求項３の発明の極
低温冷凍装置において、低段及び高段圧縮機（５），
（８）の運転周波数を独立して可変とする。また、請求
項６の発明では、請求項４の発明の極低温冷凍装置にお
いて、冷凍機用及びＪＴ用圧縮機（１８），（１９）の
運転周波数を独立して可変とする。これら発明のように
すると、冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ駆
動周波数のみならず、圧縮機の運転周波数についても可
変であるので、両者を変更することで、予冷冷凍機（２
６）（ＪＴ冷凍機（５１））の冷凍能力とシールド冷凍
機（４０）の冷凍能力との能力配分をさらに広い範囲に
亘り調整して、大幅な冷凍能力の要求に対応させること
ができる。

【００１３】請求項７の発明では、図５に示す如く、上
記請求項１の発明と同様に、冷媒ガスを圧縮する少なく
とも１台の圧縮機と、該圧縮機に並列に接続され、圧縮
機からの冷媒ガスを膨張させて極低温を発生させる複数
台の冷凍機（２６），（４０）とを備えた極低温冷凍装
置が前提である。そして、上記少なくとも１台の冷凍機
（２６），（４０）に対する冷媒ガスの流量を調整する
冷媒流量調整手段（４６）を設ける。

【００１４】この構成により、冷媒流量調整手段（４
６）により、複数台のうちの少なくとも１台の冷凍機
（２６），（４０）に対する冷媒ガスの流量が可変とさ
れるので、その冷凍機（２６），（４０）への冷媒ガス
流量を変えることで、その冷凍能力を変えることがで
き、よって、請求項１の発明と同様に、複数台の冷凍機
（２６），（４０）間の能力配分を変更し、個々の冷凍
機（２６），（４０）の冷凍能力に応じて容量変更を要
することなく幅広い調整を行うことができる。

【００１５】請求項８の発明では、請求項７の発明の極
低温冷凍装置において、請求項２の発明と同様に、複数
台の冷凍機（２６），（４０）は、圧縮機からの高圧冷
媒ガスのＪＴ弁（５８）でのジュールトムソン膨張によ
り極低温を発生させるＪＴ冷凍機（５１）に付設されか
つ上記ジュールトムソン膨張する前の高圧冷媒ガスを予
冷する予冷冷凍機（２６）と、少なくとも上記ＪＴ冷凍
機（５１）による極低温冷却部分を外部から熱シールド
するシールド冷凍機（４０）とからなす。よって、請求
項２の発明と同様の作用効果が得られる。

【００１６】請求項９の発明では、請求項８の発明の極
低温冷凍装置において、請求項３の発明と同様に、圧縮
機を、冷媒ガスを圧縮する低段圧縮機（５）と、該低段
圧縮機（５）から吐出された冷媒ガスを圧縮する高段圧
縮機（８）とからなし、予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）は、上記高段圧縮機（８）から吐出され
た冷媒ガスを膨張させるように構成されているものとす
る。この場合でも、請求項３の発明と同様の作用効果が
得られる。

【００１７】請求項１０の発明では、請求項８の発明の
極低温冷凍装置において、請求項４の発明と同様に、圧
縮機を、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に
冷媒ガスを供給する冷凍機用圧縮機（１８）と、ＪＴ弁
（５８）に冷媒ガスを供給するＪＴ用圧縮機（１９）と
を備えている構成とする。この発明では、請求項４の発
明と同様の作用効果が得られる。

【００１８】請求項１１の発明では、請求項９の発明の
極低温冷凍装置において、請求項５の発明と同様に、低
段及び高段圧縮機（５），（８）の運転周波数を独立し
て可変とする。また、請求項１２の発明では、請求項１
０の発明の極低温冷凍装置において、請求項６の発明と
同様に、冷凍機用及びＪＴ用圧縮機（１８），（１９）
の運転周波数を独立して可変とする。これら発明によれ
ば、請求項４又は５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１３の発明では、図１及び図４に示
すように、上記請求項１の発明の極低温冷凍装置におい
て、各冷凍機（２６），（４０）は、ディスプレーサを
冷媒ガスの圧力で駆動するガス圧駆動型の冷凍機とし
て、上記ディスプレーサに対する冷媒ガス圧を変えてデ
ィスプレーサの動きを調整する可変オリフィスを備えた
ものとする。そして、この可変オリフィスの開度をディ
スプレーサ駆動周波数の変化に応じて制御するように構
成する。

【００２０】この構成とすることで、冷凍機（２６），
（４０）のディスプレーサ駆動周波数の変化に応じて可
変オリフィスの開度を最適開度に制御することができ、
冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ駆動周波数
のみならず、ディスプレーサに対する冷媒ガス圧も適正
圧に変えて、予冷冷凍機（２６）の冷凍能力とシールド
冷凍機（４０）の冷凍能力との能力配分をさらに広い範
囲に亘り調整して、大幅な冷凍能力の要求に対応させる
ことができる。

【００２１】請求項１４以下の発明は、冷凍機のディス
プレーサ駆動周波数や冷凍機への冷媒流量等の制御態様
を具体化したものである。すなわち、請求項１４の発明
では、図１に示すように、上記請求項３又は４の発明の
極低温冷凍装置において、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷を検出するＪＴ冷凍機負荷検出手段（７４）と、この
ＪＴ冷凍機負荷検出手段（７４）により検出されるＪＴ
冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低下したとき
に、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数の
低下又はシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動
周波数の上昇の少なくとも一方が行われる一方、ＪＴ冷
凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大したとき
に、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数の
上昇又はシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動
周波数の低下の少なくとも一方が行われるようにディス
プレーサ駆動周波数可変手段（７２）を制御する制御手
段（７１）とを設ける。

【００２２】この構成により、ＪＴ冷凍機（５１）の冷
凍負荷がＪＴ冷凍機負荷検出手段（７４）により検出さ
れ、このＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷に応じてディス
プレーサ駆動周波数可変手段（７２）が制御手段（７
１）で制御されて冷凍機のディスプレーサ駆動周波数が
変えられ、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値より
も低下したときには、予冷冷凍機（２６）のディスプレ
ーサ駆動周波数の低下又はシールド冷凍機（４０）のデ
ィスプレーサ駆動周波数の上昇の少なくとも一方が行わ
れ、予冷冷凍機（２６）つまりＪＴ冷凍機（５１）の冷
凍能力が下げられる。一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍
負荷が設定値よりも増大したときに、予冷冷凍機（２
６）のディスプレーサ駆動周波数の上昇又はシールド冷
凍機（４０）のディスプレーサ駆動周波数の低下の少な
くとも一方が行われ、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力が
上げられる。こうすれば、極低温冷凍装置のマルチ運転
中にＪＴ冷凍機（５１）の負荷が変わっても、全ての冷
凍機の冷凍能力が一律に同じように変わることはなく、
その負荷に応じて冷凍能力を変更させることができ、例
えばシールド冷凍機（４０）の冷凍能力を略一定に保ち
ながら、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力を変化させるこ
ともでき、ＪＴ冷凍機（５１）の幅広い能力制御を行う
ことができる。

【００２３】請求項１５の発明では、請求項１４の発明
の極低温冷凍装置において、予冷及びシールド冷凍機
（２６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機
（８）の運転周波数を可変とする。そして、制御手段
（７１）は、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４
０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波
数を、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低
下したときに圧縮機（８）の運転周波数が下がる一方、
ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大した
ときに圧縮機（８）の運転周波数が上がるように制御す
る構成とする。

【００２４】こうすることで、制御手段（７１）におい
て、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧
冷媒ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数がＪＴ冷
凍機（５１）の冷凍負荷に応じて制御されて変えられ、
ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低下した
ときに、上記圧縮機（８）の運転周波数が下げられる一
方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大
したときに、圧縮機（８）の運転周波数が上げられる。
このように冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ
駆動周波数のみならず圧縮機（８）の運転周波数も変え
られるので、冷凍装置のマルチ運転中のＪＴ冷凍機（５
１）の負荷の変化に応じて冷凍能力を大きく変更させる
ことができ、ＪＴ冷凍機（５１）のより一層幅広い能力
制御を行うことができる。

【００２５】請求項１６の発明では、請求項１４又は１
５の発明の極低温冷凍装置において、ＪＴ弁（５８）に
対する冷媒ガスの圧力を調整するＪＴ高圧調整手段（１
３）を設け、制御手段（７１）は、ＪＴ冷凍機（５１）
の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに、ＪＴ弁（５
８）への冷媒ガス圧が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）
の冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、ＪＴ弁（５
８）への冷媒ガス圧が上がるように上記ＪＴ高圧調整手
段（１３）を制御する構成とする。

【００２６】この発明では、制御手段（７１）によりＪ
Ｔ冷凍機（５１）の冷凍負荷に応じてＪＴ高圧調整手段
（１３）が制御されて、ＪＴ弁（５８）に対する冷媒ガ
スの圧力が調整され、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が
設定値よりも低下したときに、ＪＴ弁（５８）への冷媒
ガス圧が下がり、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力が低下
する一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値より
も増大したときに、ＪＴ弁（５８）への冷媒ガス圧が上
がり、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力が増大する。よっ
て、この場合でもＪＴ冷凍機（５１）の負荷の変化に応
じて冷凍能力を大きく変更させることができ、ＪＴ冷凍
機（５１）のより一層幅広い能力制御を行うことができ
る。

【００２７】請求項１７の発明では、請求項１６の発明
の極低温冷凍装置において、低段圧縮機（５）又はＪＴ
用圧縮機（１９）の運転周波数を可変とする。そして、
制御手段（７１）は、上記圧縮機（５），（１９）の運
転周波数を、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よ
りも低下したときに圧縮機（５），（１９）の運転周波
数が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定
値よりも増大したときに圧縮機（５），（１９）の運転
周波数が上がるように制御する構成とする。

【００２８】このことで、制御手段（７１）によりＪＴ
冷凍機（５１）の冷凍負荷に応じて低段圧縮機（５）又
はＪＴ用圧縮機（１９）の運転周波数が制御され、ＪＴ
冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低下したとき
に、圧縮機（５），（１９）の運転周波数が下がり、Ｊ
Ｔ冷凍機（５１）の冷凍能力が低下する一方、ＪＴ冷凍
機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、
圧縮機（５），（１９）の運転周波数が上がり、ＪＴ冷
凍機（５１）の冷凍能力が増大する。よって、この場合
でもＪＴ冷凍機（５１）の負荷の変化に応じて冷凍能力
を大きく変更して、ＪＴ冷凍機（５１）のより一層幅広
い能力制御を行うことができる。

【００２９】請求項１８の発明では、図５に示す如く、
請求項９又は１０の発明の極低温冷凍装置において、請
求項１４の発明と同様に、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷を検出するＪＴ冷凍機負荷検出手段（７４）と、ＪＴ
冷凍機負荷検出手段（７４）により検出されるＪＴ冷凍
機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに、
予冷冷凍機（２６）に対する冷媒ガス流量が低下する一
方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大
したときに、シールド冷凍機（４０）に対する冷媒ガス
流量が低下するように冷媒流量調整手段（４６）を制御
する制御手段（７１）とを設ける。

【００３０】この構成により、ＪＴ冷凍機（５１）の冷
凍負荷がＪＴ冷凍機負荷検出手段（７４）により検出さ
れて、このＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷に応じて冷媒
流量調整手段（４６）が制御手段（７１）で制御され、
ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低下した
ときには、予冷冷凍機（２６）に対する冷媒ガス流量が
低下してＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力が下げられ、一
方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大
したときには、シールド冷凍機（４０）に対する冷媒ガ
ス流量が低下してその冷凍能力が下げられ、その分、予
冷冷凍機（２６）への冷媒流量が増加して、その冷凍能
力が増大する。従って、この場合でも、請求項１４の発
明と同様に、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力の幅広い能
力制御を行うことができる。

【００３１】請求項１９の発明では、請求項１８の発明
の極低温冷凍装置において、請求項１５の発明と同様
に、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧
冷媒ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数を可変と
する。そして、制御手段（７１）は、上記予冷及びシー
ルド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給す
る圧縮機（８）の運転周波数を、ＪＴ冷凍機（５１）の
冷凍負荷が設定値よりも低下したときに圧縮機（８）の
運転周波数が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷が設定値よりも増大したときに圧縮機（８）の運転周
波数が上がるように制御する構成とする。

【００３２】こうすると、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷に応じて圧縮機（８）の運転周波数が制御手段（７
１）で制御され、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定
値よりも低下したときに、予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機（８）
の運転周波数が下げられる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の
冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、圧縮機（８）
の運転周波数が上げられる。よって、請求項１５の発明
と同様の作用効果を奏することができる。

【００３３】請求項２０の発明では、請求項１９の発明
の極低温冷凍装置において、ＪＴ弁（５８）に対する冷
媒ガスの圧力を調整するＪＴ高圧調整手段（１３）を設
け、制御手段（７１）は、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷が設定値よりも低下したときに、ＪＴ弁（５８）への
冷媒ガス圧が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷が設定値よりも増大したときに、ＪＴ弁（５８）への
冷媒ガス圧が上がるように上記ＪＴ高圧調整手段（１
３）を制御する構成とする。

【００３４】この発明でも、制御手段（７１）によりＪ
Ｔ冷凍機（５１）の冷凍負荷に応じてＪＴ高圧調整手段
（１３）が制御されて、ＪＴ弁（５８）に対する冷媒ガ
スの圧力が調整され、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が
設定値よりも低下したときに、ＪＴ弁（５８）への冷媒
ガス圧が下がり、冷凍能力が低下する一方、ＪＴ冷凍機
（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、Ｊ
Ｔ弁（５８）への冷媒ガス圧が上がり、冷凍能力が増大
する。よって、請求項１６の発明と同様の作用効果が得
られる。

【００３５】請求項２１の発明では、請求項２０の発明
の極低温冷凍装置において、請求項１７の発明と同様
に、低段圧縮機（５）又はＪＴ用圧縮機（１９）の運転
周波数を可変とし、制御手段（７１）は、上記圧縮機
（５），（１９）の運転周波数を、ＪＴ冷凍機（５１）
の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに圧縮機
（５），（１９）の運転周波数が下がる一方、ＪＴ冷凍
機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大したときに圧
縮機（５），（１９）の運転周波数が上がるように制御
する構成とする。

【００３６】この場合、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷
が設定値よりも低下したときに、低段圧縮機（５）又は
ＪＴ用圧縮機（１９）の運転周波数が下がり、ＪＴ冷凍
機（５１）の冷凍能力が低下する一方、ＪＴ冷凍機（５
１）の冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、圧縮機
（５），（１９）の運転周波数が上がり、ＪＴ冷凍機
（５１）の冷凍能力が増大する。よって、請求項１７の
発明と同様の作用効果が得られる。

【００３７】請求項２２の発明では、図１０に示すよう
に、請求項３又は４の発明の極低温冷凍装置において、
シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷を検出するシールド
冷凍機負荷検出手段（７６）と、このシールド冷凍機負
荷検出手段（７６）により検出される冷凍負荷が設定値
よりも下がったときに、予冷冷凍機（２６）のディスプ
レーサ駆動周波数の上昇又はシールド冷凍機（４０）の
ディスプレーサ駆動周波数の低下の少なくとも一方が行
われる一方、上記冷凍負荷が設定値よりも上がったとき
に、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数の
低下又はシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動
周波数の上昇の少なくとも一方が行われるようにディス
プレーサ駆動周波数可変手段（７２）を制御する制御手
段（７１）とを設ける。

【００３８】この構成により、シールド冷凍機（４０）
の冷凍負荷がシールド冷凍機負荷検出手段（７６）によ
り検出され、この冷凍負荷に応じてディスプレーサ駆動
周波数可変手段（７２）が制御手段（７１）で制御され
て、冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ駆動周
波数が変えられ、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が
設定値よりも低下したときには、予冷冷凍機（２６）の
ディスプレーサ駆動周波数の上昇又はシールド冷凍機
（４０）のディスプレーサ駆動周波数の低下の少なくと
も一方が行われ、シールド冷凍機（４０）の冷凍能力が
下げられる。一方、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷
が設定値よりも増大したときに、予冷冷凍機（２６）の
ディスプレーサ駆動周波数の低下又はシールド冷凍機
（４０）のディスプレーサ駆動周波数の上昇の少なくと
も一方が行われ、同冷凍機（４０）の冷凍能力が上げら
れる。こうすれば、極低温冷凍装置のマルチ運転中にシ
ールド冷凍機（４０）の負荷が変わっても、全ての冷凍
機の冷凍能力が一律に同じように変わることはなく、そ
の負荷に応じて冷凍能力を変更させることができ、例え
ばＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力を略一定に保ちなが
ら、シールド冷凍機（４０）の冷凍能力を変化させるこ
ともでき、よってシールド冷凍機（４０）の幅広い能力
制御を行うことができる。

【００３９】請求項２３の発明では、請求項２２の発明
の極低温冷凍装置において、請求項１５の発明と同様
に、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧
冷媒ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数を可変と
する。そして、制御手段（７１）は、上記予冷及びシー
ルド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給す
る圧縮機（８）の運転周波数を、シールド冷凍機（４
０）の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに圧縮機
（８）の運転周波数が下がる一方、上記冷凍負荷が設定
値よりも増大したときに圧縮機（８）の運転周波数が上
がるように制御する構成とする。

【００４０】こうすることで、シールド冷凍機（４０）
の冷凍負荷に応じて圧縮機（８）の運転周波数が制御手
段（７１）で制御され、シールド冷凍機（４０）の冷凍
負荷が設定値よりも低下したときに、予冷及びシールド
冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧
縮機（８）の運転周波数が下げられる一方、シールド冷
凍機（４０）の冷凍負荷が設定値よりも増大したとき
に、圧縮機（８）の運転周波数が上げられる。このよう
に冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ駆動周波
数のみならず圧縮機（８）の運転周波数も変えられるの
で、冷凍装置のマルチ運転中のシールド冷凍機（４０）
の負荷の変化に応じて冷凍能力を大きく変更させること
ができ、シールド冷凍機（４０）のより一層幅広い能力
制御を行うことができる。

【００４１】請求項２４の発明では、図１１に示すよう
に、請求項９又は１０の発明の極低温冷凍装置におい
て、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷を検出するシー
ルド冷凍機負荷検出手段（７６）と、このシールド冷凍
機負荷検出手段（７６）により検出される冷凍負荷が設
定値よりも下がったときに、上記シールド冷凍機（４
０）に対する冷媒ガス流量が低下する一方、冷凍負荷が
設定値よりも上がったときに、上記予冷冷凍機（２６）
に対する冷媒ガス流量が低下するように冷媒流量調整手
段（４６）を制御する制御手段（７１）とを設ける。

【００４２】この構成により、シールド冷凍機（４０）
の冷凍負荷がシールド冷凍機負荷検出手段（７６）によ
り検出されて、このシールド冷凍機（４０）の冷凍負荷
に応じて冷媒流量調整手段（４６）が制御手段（７１）
で制御され、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が設定
値よりも低下したときには、シールド冷凍機（４０）に
対する冷媒ガス流量が低下してその冷凍能力が下げら
れ、一方、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が設定値
よりも増大したときには、予冷冷凍機（２６）に対する
冷媒ガス流量が低下してシールド冷凍機（４０）の冷凍
能力が下げられる。従って、この場合でも、請求項２２
の発明と同様に、シールド冷凍機（４０）の冷凍能力の
幅広い能力制御を行うことができる。

【００４３】請求項２５の発明では、請求項２４の発明
の極低温冷凍装置において、予冷及びシールド冷凍機
（２６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機
（８）の運転周波数を可変とし、制御手段（７１）は、
予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒
ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数を、シールド
冷凍機（４０）の冷凍負荷が設定値よりも下がったとき
に圧縮機（８）の運転周波数が下がる一方、冷凍負荷が
設定値よりも上がったときに圧縮機（８）の運転周波数
が上がるように制御する構成とする。

【００４４】こうすると、シールド冷凍機（４０）の冷
凍負荷に応じて圧縮機（８）の運転周波数が制御手段
（７１）で制御されて変えられ、シールド冷凍機（４
０）の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに、予冷及
びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒ガスを
供給する圧縮機（８）の運転周波数が下げられる一方、
シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が設定値よりも増大
したときに、圧縮機（８）の運転周波数が上げられる。
よって、請求項２３の発明と同様の作用効果を奏するこ
とができる。

【００４５】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は本発明の実施形態１に係る極低温
冷凍装置（Ｒ）の全体構成を示し、この冷凍装置（Ｒ）
は超電導磁石（Ｍ）をその超電導コイルが極低温レベル
になるように冷却するためのもので、液体ヘリウム（冷
媒）を貯溜する液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）に付設され
ている。そして、このヘリウムタンク（Ｔｈ）内に超電
導磁石（Ｍ）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磁石（Ｍ）の超電導コイル
が臨界温度以下に冷却保持される。

【００４６】冷凍装置（Ｒ）は圧縮機ユニット（１）と
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、逆止弁（３）を有する低圧配管（４）を介し
て吸い込んで圧縮する低段圧縮機（５）と、この低段圧
縮機（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吸い込んでさらに高圧に圧
縮する高段圧縮機（８）とが配設され、この高段圧縮機
（８）の吐出側は冷凍機用高圧配管（９）を介して冷凍
機用高圧ガス吐出口（１０）に、また上記冷凍機用高圧
配管（９）から分岐したＪＴ用高圧配管（１１）を介し
てＪＴ用高圧ガス吐出口（１２）にそれぞれ接続されて
いる。上記高段圧縮機（８）は運転周波数可変のインバ
ータ式圧縮機からなり、その運転周波数が独立して可変
とされている。

【００４７】上記ＪＴ用高圧配管（１１）は途中で第１
及び第２の２つの分岐配管（１１ａ），（１１ｂ）に並
列に分岐され、第１分岐配管（１１ａ）には流量調整用
の絞り固定式の第１流量調整弁（Ｖ１）と、この第１流
量調整弁（Ｖ１）の圧縮機吐出側に電磁弁からなる第１
開閉弁（ＡＶ１）とが配設されている。一方、第２分岐
配管（１１ｂ）には同様の第２流量調整弁（Ｖ２）と第
２開閉弁（ＡＶ２）とがそれぞれ配設され、この第２流
量調整弁（Ｖ２）の開度は第１流量調整弁（Ｖ１）と異
なり、例えば第１流量調整弁（Ｖ１）よりも小さい開度
に設定されている。この実施形態では、上記第１及び第
２流量調整弁（Ｖ１），（Ｖ２）並びに第１及び第２開
閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）により、高段圧縮機（８）
から後述のＪＴ弁（５８）へ至る高圧配管（１１）の開
度を変えてＪＴ弁（５８）に対するヘリウムガス圧（Ｊ
Ｔ高圧）を調整するＪＴ高圧調整機構（１３）が構成さ
れ、例えば第１開閉弁（ＡＶ１）を開きかつ第２開閉弁
（ＡＶ２）を閉じたときにはヘリウムガスの流量を多く
してＪＴ高圧を低くする一方、逆に第１開閉弁（ＡＶ
１）を閉じかつ第２開閉弁（ＡＶ２）を開いたときには
ヘリウムガスの流量を少なくしてＪＴ高圧を高くするよ
うになっている。

【００４８】さらに、（Ｔｂ）はヘリウムガスを貯蔵す
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（１５）の一端部が接続されてい
る。このヘリウムガス給排配管（１５）の他端側は圧縮
機ユニット（１）内でヘリウムガス供給配管（１６）と
ヘリウムガス戻し配管（１７）とに分岐され、ヘリウム
ガス供給配管（１６）の端部は、上記低段圧縮機（５）
の吸込側と低圧ガス吸入口（２）との間の低圧配管
（４）に接続され、このヘリウムガス供給配管（１６）
には低圧制御弁（ＬＰＲ）が配設されている。この低圧
制御弁（ＬＰＲ）は、低圧配管（４）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（ＬＰ
Ｒ）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（４）（冷媒回路）に供給される。

【００４９】一方、ヘリウムガス戻し配管（１７）の端
部は上記冷凍機用高圧配管（９）（ＪＴ用高圧配管（１
１））に接続され、このヘリウムガス戻し配管（１７）
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、冷凍機用高圧配管（９）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）の開弁により冷凍機用高圧配管（９）
及びＪＴ用高圧配管（１１）（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。

【００５０】これに対し、上記冷凍機ユニット（２１）
は真空デュワー（Ｄ）を有し、この真空デュワー（Ｄ）
内部に上記液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）が熱シールド板
（Ｓ）により外部から熱シールドされた状態で収容され
ており、この熱シールド板（Ｓ）の内部が、後述のＪＴ
冷凍機（５１）により極低温レベルに冷却される極低温
冷却部分とされている。

【００５１】また、真空デュワー（Ｄ）の内部には液体
窒素を貯溜する液体窒素タンク（Ｔｎ）が配設されてい
る。この液体窒素タンク（Ｔｎ）の底部には窒素配管
（２２）の一端部が接続され、この窒素配管（２２）の
他端部は同じ液体窒素タンク（Ｔｎ）内の上部に開口さ
れていて、窒素配管（２２）及び液体窒素タンク（Ｔ
ｎ）により閉回路の窒素回路が構成されている。

【００５２】そして、上記窒素配管（２２）の途中には
上記熱シールド板（Ｓ）に伝熱可能に接触したシールド
板熱交換器（２３）が配設されており、液体窒素タンク
（Ｔｎ）内の液体窒素を窒素配管（２２）を介してシー
ルド板熱交換器（２３）に供給し、その熱交換器（２
３）での熱交換により熱シールド板（Ｓ）を液体窒素の
温度（約８０Ｋ）に冷却して、熱シールド板（Ｓ）内の
液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）等を外部から熱シールドす
るとともに、シールド板熱交換器（２３）での熱交換に
よって蒸発した窒素ガスを窒素タンク（Ｔｎ）内に戻す
ようにしている。尚、（２４）は窒素配管（２２）に接
続された大気放出弁で、液体窒素タンク（Ｔｎ）内の余
剰の窒素を真空デュワー（Ｄ）外部に放出するためのも
のである。

【００５３】上記冷凍機ユニット（２１）は、圧縮機ユ
ニット（１）の高段圧縮機（８）に対し互いに並列に閉
回路に接続された予冷冷凍機（２６）、シールド冷凍機
（４０）及びＪＴ冷凍機（５１）からなる。上記予冷冷
凍機（２６）は、ＪＴ冷凍機（５１）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
膨張させるもので、ディスプレーサ（図示せず）に対す
るヘリウムガス圧により該ディスプレーサを往復動させ
るガス圧駆動型のＧ−Ｍ（ギフォード・マクマホン）サ
イクルの膨張機で構成されている。

【００５４】この予冷冷凍機（２６）は上記真空デュワ
ー（Ｄ）の外部に配置される密閉状のモータヘッド（２
７）と、該モータヘッド（２７）に連設された大小２段
構造のシリンダ（２８）とを有する。上記モータヘッド
（２７）には高圧ガス入口（２９）及び低圧ガス出口
（３０）が開口され、高圧ガス入口（２９）は予冷側分
岐高圧配管（３１）及び集合高圧配管（３３）を介して
上記圧縮機ユニット（１）の冷凍機用高圧ガス吐出口
（１０）に、また低圧ガス出口（３０）は予冷側分岐中
間圧配管（３４）及び集合中間圧配管（３６）を介して
圧縮機ユニット（１）の中間圧ガス吸入口（６）にそれ
ぞれ接続されている。

【００５５】一方、シリンダ（２８）の先端部は真空デ
ュワー（Ｄ）の側壁を貫通してその内部の熱シールド板
（Ｓ）内に延びており、その大径部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（３
７）に、また小径部の先端部は上記第１ヒートステーシ
ョン（３７）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（３８）にそれぞれ形成されてい
る。

【００５６】すなわち、ここでは図示しないが、シリン
ダ（２８）内には、上記各ヒートステーション（３
７），（３８）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、モータヘッド（２
７）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（２９）
から流入したヘリウムガスをシリンダ（２８）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（３０）から排出するように切り換
わる。また、モータヘッド（２７）には、シリンダ（２
８）内の膨張空間に対し外部から開度調整可能な可変オ
リフィスを介して連通する中間圧室が設けられており、
ロータリバルブの切換えにより膨張空間と中間圧室との
間に圧力差を生じさせ、この圧力差によりディスプレー
サを往復駆動するとともに、可変オリフィスの開度を変
えることで、ディスプレーサの動きを調整するようにし
ている（尚、可変オリフィスはヘリウムガスの低圧又は
高圧配管の途中に設けられたものであってもよい）。そ
して、ロータリバルブの開閉により圧縮機ユニット
（１）の高段圧縮機（８）からの高圧ヘリウムガスをシ
リンダ（２８）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（２８）における第１及び
第２ヒートステーション（３７），（３８）にて保持す
る。つまり、予冷冷凍機（２６）では、高段圧縮機
（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（３７），（３８）の温度を低
下させ、ＪＴ冷凍機（５１）における後述の予冷器（５
６），（５７）を予冷するとともに、膨張した中間圧の
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。

【００５７】一方、シールド冷凍機（４０）は上記予冷
冷凍機（２６）と同じ構造のガス圧駆動型のもので、真
空デュワー（Ｄ）の外部に配置されるモータヘッド（４
１）と、該モータヘッド（４１）に連設され、真空デュ
ワー（Ｄ）の側壁を貫通してその内部に延びるシリンダ
（４２）とを有する。上記モータヘッド（４１）には高
圧ガス入口（４４）及び低圧ガス出口（４５）が開口さ
れ、高圧ガス入口（４４）はシールド側分岐高圧配管
（３２）を介して上記集合高圧配管（３３）、つまり圧
縮機ユニット（１）の冷凍機用高圧ガス吐出口（１０）
に、また低圧ガス出口（４５）はシールド側分岐中間圧
配管（３５）を介して上記集合中間圧配管（３６）、つ
まり圧縮機ユニット（１）の中間圧ガス吸入口（６）に
それぞれ接続されている。一方、シリンダ（４２）の先
端部は所定温度レベルに冷却保持されるヒートステーシ
ョン（４３）に形成されていて、このヒートステーショ
ン（４３）は上記液体窒素タンク（Ｔｎ）内部に臨んで
いる。そして、シールド冷凍機（４０）により、高段圧
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（４３）の温度を低下さ
せ、液体窒素タンク（Ｔｎ）内の蒸発窒素ガスを冷却し
て液化するとともに、膨張した中間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。

【００５８】上記ＪＴ冷凍機（５１）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（５１）は
上記真空デュワー（Ｄ）内で熱シールド板（Ｓ）の外側
に配置された第１ＪＴ熱交換器（５２）と、熱シールド
板（Ｓ）の内側に配置された第２及び第３ＪＴ熱交換器
（５３），（５４）とを備えている。この各ＪＴ熱交換
器（５２）〜（５４）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
１ＪＴ熱交換器（５２）の１次側は圧縮機ユニット
（１）のＪＴ用高圧ガス吐出口（１２）にＪＴ側高圧配
管（５５）を介して接続されている。また、第１及び第
２ＪＴ熱交換器（５２），（５３）の各１次側同士は、
上記予冷冷凍機（２６）におけるシリンダ（２８）の第
１ヒートステーション（３７）外周に配置した第１予冷
器（５６）を介して接続されている。同様に、第２及び
第３ＪＴ熱交換器（５３），（５４）の各１次側同士
は、第２ヒートステーション（３８）外周に配置した第
２予冷器（５７）を介して接続されている。さらに、上
記第３ＪＴ熱交換器（５４）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ＪＴ弁（５８）に
吸着器（５９）を介して接続されている。上記ＪＴ弁
（５８）は真空デュワー（Ｄ）外側から操作ロッド（５
８ａ）によって開度が調整される。このＪＴ弁（５８）
は、液体ヘリウム戻し配管（６０）を介して上記液体ヘ
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、ヘリウムガス吸入配管
（６１）を介して上記第３ＪＴ熱交換器（５４）の２次
側に接続されている。そして、この第３ＪＴ熱交換器
（５４）の２次側は第２ＪＴ熱交換器（５３）の２次側
を経て第１ＪＴ熱交換器（５２）の２次側に接続され、
この第１ＪＴ熱交換器（５２）の２次側は低圧配管（６
２）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。

【００５９】すなわち、ＪＴ冷凍機（５１）は圧縮機ユ
ニット（１）の両圧縮機（５），（８）に対し高低圧配
管（５５），（６２）を介して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
（６０）及びヘリウムガス吸入配管（６１）を介してヘ
リウムタンク（Ｔｈ）内に開放されており、このヘリウ
ムタンク（Ｔｈ）内で蒸発したヘリウムガスをガス吸入
配管（６１）から冷媒回路に吸い込んで第３〜第１ＪＴ
熱交換器（５４）〜（５２）の各２次側を通して圧縮機
ユニット（１）の低段及び高段圧縮機（５），（８）に
吸入圧縮する。また、この高段圧縮機（８）により圧縮
された高圧ヘリウムガスを第１〜第３ＪＴ熱交換器（５
２）〜（５４）において、圧縮機ユニット（１）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（５６），（５７）でそれぞれ予冷
冷凍機（２６）の第１及び第２ヒートステーション（３
７），（３８）で冷却（予冷）した後、ＪＴ弁（５８）
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
（６０）を経由してタンク（Ｔｈ）内に戻すようになさ
れている。

【００６０】上記低段及び高段圧縮機（５），（８）
と、予冷冷凍機（２６）及びシールド冷凍機（４０）の
各バルブモータと、ＪＴ高圧調整機構（１３）の第１及
び第２開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）とは制御装置（７
１）に接続されていて、該制御装置（７１）からの制御
信号によって作動制御されるようになっている。上記制
御装置（７１）には、ヘリウムガス給排配管（１５）内
の圧力（バッファタンク（Ｔｂ）の内圧）を検出するバ
ッファタンク圧センサ（７４）の検出信号が少なくとも
入力されている。上記バッファタンク（Ｔｂ）の内圧は
ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷に応じて変化するもの
で、タンク圧力が下がったときに冷凍負荷が低下し、一
方、タンク圧力が上がると冷凍負荷が増大する。従っ
て、このバッファタンク（Ｔｂ）の内圧を検出するバッ
ファタンク圧センサ（７４）は、ＪＴ冷凍機（５１）の
冷凍負荷を検出するＪＴ冷凍機負荷検出手段を構成して
いる。

【００６１】この発明の特徴の１つとして、予冷冷凍機
（２６）及びシールド冷凍機（４０）のロータリバルブ
駆動用バルブモータの回転数を制御するディスプレーサ
駆動周波数可変手段としてのバルブモータ周波数制御器
（７２）が設けられ、このバルブモータ周波数制御器
（７２）は上記制御装置（７１）により作動制御される
ようになっており、バルブモータ周波数制御器（７２）
により予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）の各
ディスプレーサの往復動の駆動周波数が可変とされてい
る。

【００６２】そして、制御装置（７１）では、上記バッ
ファタンク（Ｔｂ）の内圧に応じて、各冷凍機（２
６），（４０）におけるディスプレーサ駆動周波数、高
段圧縮機（８）の運転周波数、並びにＪＴ高圧調整機構
（１３）によるＪＴ高圧を変え、バッファタンク（Ｔ
ｂ）の内圧が設定値よりも下がったとき（ＪＴ冷凍機
（５１）の冷凍負荷が設定値よりも下がったとき）に、
予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数を低下
させかつシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動
周波数を上昇させ、予冷及びシールド冷凍機（２６），
（４０）に高圧ヘリウムガスを供給する高段圧縮機
（８）の運転周波数を下げ、さらに、ＪＴ高圧調整機構
（１３）の第１開閉弁（ＡＶ１）を開きかつ第２開閉弁
（ＡＶ２）を閉じてＪＴ弁（５８）へのＪＴ高圧を低く
する一方、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧が設定値より
も上がったとき（ＪＴ負荷が設定値よりも上がったと
き）には、逆に、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ
駆動周波数を上昇させかつシールド冷凍機（４０）のデ
ィスプレーサ駆動周波数を低下させ、高段圧縮機（８）
の運転周波数を上げ、さらに、ＪＴ高圧調整機構（１
３）の第１開閉弁（ＡＶ１）を閉じかつ第２開閉弁（Ａ
Ｖ２）を開いてＪＴ弁（５８）へのＪＴ高圧を高くする
ようになされている。

【００６３】次に、上記実施形態の作用について説明す
る。超電導磁石（Ｍ）が作動する定常状態では、その超
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（６１）
から吸い込まれて極低温冷凍装置（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（６０）
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。

【００６４】一方、液体窒素タンク（Ｔｎ）内の液体窒
素が窒素配管（２２）を介してシールド板熱交換器（２
３）に供給されて、該シールド板熱交換器（２３）によ
り熱シールド板（Ｓ）が約８０Ｋに冷却保持され、この
冷却によって熱シールド板（Ｓ）内の液体ヘリウムタン
ク（Ｔｈ）やその内部の超電導磁石（Ｍ）、予冷冷凍機
（２６）の各ヒートステーション（３７），（３８）等
が外部から熱シールドされる。また、上記シールド板熱
交換器（２３）で熱シールド板（Ｓ）との熱交換により
液体窒素が蒸発して窒素ガスとなり、この窒素ガスは窒
素配管（２２）を経て液体窒素タンク（Ｔｎ）内の上部
に戻る。

【００６５】上記冷凍装置（Ｒ）の運転についてさらに
詳しく説明すると、圧縮機ユニット（１）の高段圧縮機
（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（２６）におけるシリンダ（２８）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（３７）が所定温度レベルに、また
第２ヒートステーション（３８）が第１ヒートステーシ
ョン（３７）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）を経由して上記高
段圧縮機（８）に吸い込まれて圧縮される。

【００６６】また、上記圧縮機ユニット（１）の高段圧
縮機（８）から供給された高圧のヘリウムガスの残りの
一部がシールド冷凍機（４０）におけるシリンダ（４
２）内の膨張空間で膨張し、このガスの膨張に伴う温度
降下により上記液体窒素タンク（Ｔｎ）内のヒートステ
ーション（４３）が所定温度レベルに冷却される。この
ことで、液体窒素タンク（Ｔｎ）内上部の窒素ガスが冷
却されて液化し、液体窒素に戻る。尚、このシールド冷
凍機（４０）のシリンダ（４２）内の膨張空間で膨張し
たヘリウムガスも、上記予冷冷凍機（２６）のガスと同
様に圧縮機ユニット（１）に戻り、その中間圧配管
（７）を経由して高段圧縮機（８）に吸い込まれて圧縮
される。

【００６７】一方、圧縮機ユニット（１）におけるＪＴ
用高圧配管（１１）の両分岐配管（１１ａ），（１１
ｂ）における第１及び第２開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ
２）のいずれかが開弁しており、高段圧縮機（８）から
吐出された高圧のヘリウムガスの残部はＪＴ用高圧配管
（１１）を経由してＪＴ冷凍機（５１）の第１ＪＴ熱交
換器（５２）の１次側に入り、そこで圧縮機ユニット
（１）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から例えば約５０Ｋまで冷却され、そ
の後、上記予冷冷凍機（２６）の第１ヒートステーショ
ン（３７）外周の第１予冷器（５６）に入ってさらに冷
却される。この冷却されたガスは第２ＪＴ熱交換器（５
３）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例えば約１５Ｋまで冷却された後、
予冷冷凍機（２６）の第２ヒートステーション（３８）
外周の第２予冷器（５７）に入ってさらに冷却される。
この後、ガスは第３ＪＴ熱交換器（５４）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ＪＴ弁（５８）に至る。このＪＴ
弁（５８）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（６０）を経由し
て液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）へ供給される。また、こ
の液体ヘリウムタンク（Ｔｈ）内で蒸発したヘリウムガ
スは、ヘリウムガス吸入配管（６１）を介して第３ＪＴ
熱交換器（５４）の２次側に吸入され、第２及び第１Ｊ
Ｔ熱交換器（５３），（５２）の各２次側を経由して低
段圧縮機（５）に吸い込まれて圧縮される。

【００６８】そして、このような極低温冷凍装置（Ｒ）
の運転中、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷としてバッフ
ァタンク（Ｔｂ）内部の圧力がバッファタンク圧センサ
（７４）により検出され、このバッファタンク圧センサ
（７４）からの信号を受けた制御装置（７１）により、
上記各冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ駆動
周波数、高段圧縮機（８）の運転周波数、並びにＪＴ高
圧調整機構（１３）の開閉弁（ＡＶ１），（ＡＶ２）に
よるＪＴ高圧がバッファタンク（Ｔｂ）の内圧に応じて
制御される。すなわち、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧
が設定値よりも下がってＪＴ負荷が下がったときには、
予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数が低下
しかつシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動周
波数が上昇し、高段圧縮機（８）の運転周波数が下げら
れ、さらに、ＪＴ高圧調整機構（１３）の第１開閉弁
（ＡＶ１）が開かれかつ第２開閉弁（ＡＶ２）が閉じら
れてＪＴ弁（５８）へのＪＴ高圧が低くなる。このこと
でＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力が下げられる。

【００６９】一方、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧が設
定値よりも上がったとき（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷が上がったとき）には、予冷冷凍機（２６）のディス
プレーサ駆動周波数が上昇しかつシールド冷凍機（４
０）のディスプレーサ駆動周波数が低下し、高段圧縮機
（８）の運転周波数が上げられ、さらに、ＪＴ高圧調整
機構（１３）の第１開閉弁（ＡＶ１）が閉じかつ第２開
閉弁（ＡＶ２）が開かれてＪＴ弁（５８）へのＪＴ高圧
が高くなり、以上によりＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力
が上げられる。

【００７０】したがって、この実施形態では、極低温冷
凍装置（Ｒ）におけるＪＴ冷凍機（５１）の予冷冷凍機
（２６）及びシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ
駆動周波数が可変であるので、その両冷凍機（２６），
（４０）の冷凍能力を独立して変えることができ、予冷
冷凍機（２６）及びシールド冷凍機（４０）をマルチ運
転する場合でも、予冷冷凍機（２６）つまりＪＴ冷凍機
（５１）の冷凍能力とシールド冷凍機（４０）の冷凍能
力との能力配分を同じ仕様の冷凍機を用いて調整するこ
とができ、冷凍機（２６），（４０）の仕様変更を要す
ることなく、種々の冷凍能力の要求に対応させることが
できる。因みに、図２は予冷冷凍機（２６）のディスプ
レーサ駆動周波数を変えたときの予冷及びシールド冷凍
機（２６），（４０）の冷凍能力の変化を例示したもの
であり、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波
数の上昇に応じて予冷冷凍機（２６）の冷凍能力が増大
しかつシールド冷凍機（４０）の冷凍能力が低下する。

【００７１】また、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧（Ｊ
Ｔ冷凍機（５１）の冷凍負荷）に応じて各冷凍機（２
６），（４０）のディスプレーサ駆動周波数を変えるの
で、極低温冷凍装置（Ｒ）のマルチ運転中にバッファタ
ンク（Ｔｂ）の内圧が変化してＪＴ冷凍機（５１）の負
荷が変わっても、２台の冷凍機（２６），（４０）の冷
凍能力が一律に同じように変わらず、その負荷に応じて
冷凍能力を変更させることができ、例えばシールド冷凍
機（４０）の冷凍能力を略一定に保ちながら、ＪＴ冷凍
機（５１）の冷凍能力を変化させることもでき、よって
ＪＴ冷凍機（５１）の幅広い能力制御を行うことができ
る。

【００７２】また、圧縮機ユニット（１）の高段圧縮機
（８）の運転周波数が低段圧縮機（５）と独立して可変
であり、この高段圧縮機（８）の運転周波数がバッファ
タンク（Ｔｂ）の内圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷）に応じて変えられるので、冷凍機（２６），（４
０）のディスプレーサ駆動周波数のみならず高段圧縮機
（８）の運転周波数をもＪＴ冷凍機（５１）の負荷に応
じて変えることができ、冷凍装置（Ｒ）のマルチ運転中
のＪＴ冷凍機（５１）の負荷の変化に応じて冷凍能力を
大きく変更させることができ、ＪＴ冷凍機（５１）のよ
り一層幅広い能力制御を行うことができる。図３は、図
２に示す予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）の
能力特性において、高段圧縮機（８）の運転周波数を上
昇させたものを示し、その運転周波数の上昇分だけ予冷
及びシールド冷凍機（２６），（４０）の双方の冷凍能
力が増大している。

【００７３】さらに、上記バッファタンク（Ｔｂ）の内
圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷）に応じてＪＴ高圧
調整機構（１３）が制御されてＪＴ弁（５８）に対する
ヘリウムガスの圧力が調整されるので、ＪＴ冷凍機（５
１）の負荷の変化に応じて冷凍能力を大きく変更させる
ことができ、ＪＴ冷凍機（５１）のさらに幅広い能力制
御を行うことができる。

【００７４】尚、上記実施形態では、バッファタンク
（Ｔｂ）の内圧が設定値よりも下がったときに、予冷冷
凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数を低下させか
つシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動周波数
を上昇させる一方、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧が設
定値よりも上がったとき、予冷冷凍機（２６）のディス
プレーサ駆動周波数を上昇させかつシールド冷凍機（４
０）のディスプレーサ駆動周波数を低下させるようにし
ているが、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧の低下時に、
予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数の低下
又はシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動周波
数の上昇の少なくとも一方を行い、バッファタンク（Ｔ
ｂ）の内圧の上昇時に、予冷冷凍機（２６）のディスプ
レーサ駆動周波数の上昇又はシールド冷凍機（４０）の
ディスプレーサ駆動周波数の低下の少なくとも一方を行
うようにしてもよい。

【００７５】また、上記実施形態では、バッファタンク
（Ｔｂ）の内圧に応じて、各冷凍機（２６），（４０）
のディスプレーサ駆動周波数、高段圧縮機（８）の運転
周波数、並びにＪＴ高圧調整機構（１３）の開閉弁（Ａ
Ｖ１），（ＡＶ２）によるＪＴ高圧を制御するようにし
ているが、冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ
駆動周波数の可変制御のみを行うようにしてもよい。し
かし、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力を広くすることが
できる点で、上記実施形態のように、冷凍機（２６），
（４０）のディスプレーサ駆動周波数の制御に加え、高
段圧縮機（８）の運転周波数並びにＪＴ高圧調整機構
（１３）によるＪＴ高圧を可変制御するのが好ましい。

【００７６】さらに、上記予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）の各々に内蔵されている可変オリフィス
の開度調整を行って、各冷凍機（２６），（４０）のデ
ィスプレーサに対するヘリウムガス圧を変えるようにし
てもよい。すなわち、制御装置（７１）において、上記
可変オリフィスの開度をディスプレーサ駆動周波数の変
化に応じて制御し、図４に示す如く、該駆動周波数が高
くなるほどオリフィス開度が大きくなるように制御す
る。こうすれば、予冷及びシールド冷凍機（２６），
（４０）のディスプレーサ駆動周波数のみならず、この
各冷凍機（２６），（４０）のディスプレーサ駆動周波
数の変化に応じて可変オリフィスの開度が最適開度に制
御されてディスプレーサに対するヘリウムガス圧も変わ
るので、予冷冷凍機（２６）の冷凍能力とシールド冷凍
機（４０）の冷凍能力との能力配分をさらに広い範囲に
亘り調整して、大幅な冷凍能力の要求に対応させること
ができる。

【００７７】また、上記実施形態では、バッファタンク
（Ｔｂ）の内圧に応じて、各冷凍機（２６），（４０）
のディスプレーサ駆動周波数、高段圧縮機（８）の運転
周波数、並びにＪＴ高圧調整機構（１３）の開閉弁（Ａ
Ｖ１），（ＡＶ２）によるＪＴ高圧を制御するようにし
ているが、低段圧縮機（５）の運転周波数を可変とし
て、この圧縮機（５）の運転周波数をＪＴ高圧と共にバ
ッファタンク（Ｔｂ）の内圧に応じて制御装置（７１）
により制御し、圧縮機（５）の運転周波数を、バッファ
タンク（Ｔｂ）の内圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷）が設定値よりも低下したときに下げる一方、バッフ
ァタンク（Ｔｂ）の内圧が設定値よりも増大したときに
上げるようにすることもできる。こうすれば、バッファ
タンク（Ｔｂ）の内圧が下がってＪＴ冷凍機（５１）の
冷凍負荷が設定値よりも低下したとき、低段圧縮機
（５）の運転周波数が下がってＪＴ冷凍機（５１）の冷
凍能力が低下する一方、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧
が上がってＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値より
も増大したとき、圧縮機（５）の運転周波数が上がり、
ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力が増大することとなり、
ＪＴ冷凍機（５１）の負荷の変化に応じて冷凍能力を大
きく変更して、ＪＴ冷凍機（５１）のより一層幅広い能
力制御が行える。

【００７８】（実施形態２）図５は本発明の実施形態２
を示し（尚、以下の各実施形態において図１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）、上記実施形態では、バッファタンク（Ｔｂ）の内
圧に応じて予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）
のディスプレーサ駆動周波数を可変制御するようにして
いるのに対し、各冷凍機（２６），（４０）に対するヘ
リウムガス流量を可変制御するようにしたものである。

【００７９】すなわち、この実施形態では、圧縮機ユニ
ット（１）の高圧ヘリウムガスを予冷冷凍機（２６）に
供給する予冷側分岐高圧配管（３１）の途中に開度調整
可能な電磁弁からなる予冷側流量調整弁（ＡＶ３）が、
また高圧ヘリウムガスをシールド冷凍機（４０）に供給
するシールド側分岐高圧配管（３２）の途中に同様のシ
ールド側流量調整弁（ＡＶ４）がそれぞれ配設されてお
り、これらの流量調整弁（ＡＶ３），（ＡＶ４）によ
り、２台の冷凍機（２６），（４０）に対するヘリウム
ガスの流量を調整するヘリウム流量調整機構（４６）が
構成されている。

【００８０】そして、上記両流量調整弁（ＡＶ３），
（ＡＶ４）は制御装置（７１）により作動制御するよう
になされており、制御装置（７１）は、バッファタンク
（Ｔｂ）の内圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷）に応
じて、高段圧縮機（８）及びＪＴ高圧調整機構（１３）
を上記実施形態１と同様に作動制御するのに加え、予冷
側及びシールド側流量調整弁（ＡＶ３），（ＡＶ４）の
開度を制御して各冷凍機（２６），（４０）に対するヘ
リウムガス流量を変化させ、バッファタンク（Ｔｂ）の
内圧が設定値よりも下がってＪＴ冷凍機（５１）の冷凍
負荷が低下したときに、予冷冷凍機（２６）に対するヘ
リウムガス流量を低下させる一方、バッファタンク（Ｔ
ｂ）の内圧が設定値よりも上昇してＪＴ冷凍機（５１）
の冷凍負荷が増大したときには、シールド冷凍機（４
０）に対するヘリウムガス流量を低下させるようにして
いる。その他の構成は実施形態１と同様である。

【００８１】したがって、この実施形態では、バッファ
タンク（Ｔｂ）の内圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負
荷）に応じて、予冷側及びシールド側流量調整弁（ＡＶ
３），（ＡＶ４）の開度が制御されて予冷及びシールド
冷凍機（２６），（４０）に対するヘリウムガス流量が
調整されるとともに、高段圧縮機（８）の運転周波数及
びＪＴ高圧調整機構（１３）が制御され、バッファタン
ク（Ｔｂ）の内圧が設定値よりも下がってＪＴ冷凍機
（５１）の冷凍負荷が低下したときに、予冷冷凍機（２
６）に対するヘリウムガス流量が低下するように両流量
調整弁（ＡＶ３），（ＡＶ４）の開度が制御される。ま
た、高段圧縮機（８）の運転周波数が下げられ、さらに
ＪＴ弁（５８）へのヘリウムガス圧が下がるようにＪＴ
高圧調整機構（１３）が調整される。このことでＪＴ冷
凍機（５１）の冷凍能力が下げられる。

【００８２】一方、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧が設
定値よりも上昇してＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が増
大したときには、シールド冷凍機（４０）に対するヘリ
ウムガス流量が低下するように両流量調整弁（ＡＶ
３），（ＡＶ４）の開度が制御され、同時に、高段圧縮
機（８）の運転周波数が上昇し、ＪＴ弁（５８）へのヘ
リウムガス圧が上がるようにＪＴ高圧調整機構（１３）
が調整され、このことでシールド冷凍機（４０）の冷凍
能力が増大する。よって、この実施形態でも、上記実施
形態１と同様の作用効果を奏することができる。

【００８３】尚、図６は予冷冷凍機（２６）に対応する
予冷側流量調整弁（ＡＶ３）の開度を変えたときの予冷
及びシールド冷凍機（２６），（４０）の冷凍能力の変
化を例示したものであり、予冷側流量調整弁（ＡＶ３）
の開度を大きくして予冷冷凍機（２６）へのヘリウムガ
ス流量が増加するのに応じ、予冷冷凍機（２６）の冷凍
能力が増大しかつシールド冷凍機（４０）の冷凍能力が
低下している。そして、図７に示すように、図６に示す
予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）の能力特性
において、高段圧縮機（８）の運転周波数を上昇させた
ときには、その運転周波数の上昇分だけ予冷及びシール
ド冷凍機（２６），（４０）の双方の冷凍能力が増大す
る。

【００８４】また、この実施形態２では、予冷側及びシ
ールド側分岐高圧配管（３１），（３２）の途中にそれ
ぞれ予冷側及びシールド側流量調整弁（ＡＶ３），（Ａ
Ｖ４）を配設して、２台の冷凍機（２６），（４０）に
対するヘリウムガスの流量を調整するようにしている
が、予冷側分岐中間圧配管（３４）及びシールド側分岐
中間圧配管（３５）の途中にそれぞれ同様の流量調整弁
を配設してもよい。また、上記実施形態のように、開度
調整可能な電磁弁からなる流量調整弁（ＡＶ３），（Ａ
Ｖ４）を設けるのに代え、一定の絞り開度を持つ絞り弁
と全閉及び全開状態を採る電磁弁からなる開閉弁との組
合わせを各配管（３１），（３２）（又は（３４），
（３５））に並列に接続し、この各開閉弁の開閉制御に
よってガス流量を調整することもできる。要は両冷凍機
（２６），（４０）に対するヘリウムガスの流量を調整
できるようにすればよい。

【００８５】また、この実施形態２においても、低段圧
縮機（５）の運転周波数をバッファタンク（Ｔｂ）の内
圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷）に応じて可変制御
し、この圧縮機（５）の運転周波数を、バッファタンク
（Ｔｂ）の内圧が低下したときに下げる一方、バッファ
タンク（Ｔｂ）の内圧が増大したときに上げるようにし
てもよく、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力を負荷の変化
に応じて大きく変更して、ＪＴ冷凍機（５１）のより一
層幅広い能力制御を行うことができる。

【００８６】（実施形態３）図８は実施形態３を示し、
上記実施形態１では低段及び高段圧縮機（５），（８）
を直列に接続し、高段圧縮機（８）から吐出された高圧
ヘリウムガスを予冷及びシールド冷凍機（２６），（４
０）並びにＪＴ弁（５８）に供給するようにしているの
に対し、この実施形態１における圧縮機ユニット（１）
の構造を変え、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４
０）とＪＴ冷凍機（５１）とでそれぞれ圧縮機を独立さ
せたものである。

【００８７】この実施形態では、圧縮機ユニット（１）
に、各々制御装置（７１）により作動制御される冷凍機
用及びＪＴ用圧縮機（１８），（１９）が独立して設け
られ、冷凍機用圧縮機（１８）の吐出側は高圧配管（３
３），（３１），（３２）を介して予冷及びシールド冷
凍機（２６），（４０）の各高圧ガス入口（２９），
（４４）に、また吸込側は低圧配管（３６′），（３
４′），（３５′）を介して両冷凍機（２６），（４
０）の低圧ガス出口（３０），（４５）にそれぞれ接続
されており、１台の冷凍機用圧縮機（１８）により２台
の予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧ヘ
リウムガスを供給するようにしている。

【００８８】一方、ＪＴ用圧縮機（１９）の吐出側は高
圧配管（５５）を介して第１ＪＴ熱交換器（５２）の１
次側に、また吸込側は低圧配管（６２）を介して第１Ｊ
Ｔ熱交換器（５２）の２次側にそれぞれ接続されてお
り、ＪＴ用圧縮機（１９）によりＪＴ冷凍機（５１）の
ＪＴ弁（５８）に高圧ヘリウムガスを供給するようにし
ている。

【００８９】そして、上記予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）に高圧ヘリウムガスを供給する冷凍機用
圧縮機（１８）の運転周波数がＪＴ用圧縮機（１９）に
対し独立して可変とされており、制御装置（７１）にお
いて、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧（ＪＴ冷凍機（５
１）の冷凍負荷）が設定値よりも低下したときに、予冷
及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧ヘリウム
ガスを供給する冷凍機用圧縮機（１８）の運転周波数を
下げる一方、バッファタンク（Ｔｂ）の内圧が大きくな
ってＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大
したときに、上記冷凍機用圧縮機（１８）の運転周波数
を上げるように構成とされている。その他は上記実施形
態１と同様の構成である。したがって、この実施形態で
は、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

【００９０】尚、この実施形態３においても、ＪＴ用圧
縮機（１９）の運転周波数をバッファタンク（Ｔｂ）の
内圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷）に応じて可変制
御し、この圧縮機（１９）の運転周波数を、バッファタ
ンク（Ｔｂ）の内圧が低下したときに下げる一方、バッ
ファタンク（Ｔｂ）の内圧が増大したときに上げるよう
にすれば、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍能力を負荷の変化
に応じて大きく変更して、ＪＴ冷凍機（５１）のより一
層幅広い能力制御を行うことができる。

【００９１】（実施形態４）図９は実施形態４を示し、
上記実施形態２のように、予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）に対するヘリウムガス流量をバッファタ
ンク（Ｔｂ）の内圧（ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷）
に応じて可変制御するようにした構成において、実施形
態３と同様に、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４
０）にヘリウムガスを供給する冷凍機用圧縮機（１８）
と、ＪＴ冷凍機（５１）のＪＴ弁（５８）にヘリウムガ
スを供給するＪＴ用圧縮機（１９）とを設けたものであ
る。この実施形態でも、実施形態２と同様の作用効果を
奏することができる。

【００９２】（実施形態５）図１０は実施形態５を示
し、上記実施形態１では、予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）の各ディスプレーサ駆動周波数をバッフ
ァタンク（Ｔｂ）の内圧つまりＪＴ冷凍機（５１）の冷
凍負荷に応じて制御するようにしているのに対し、シー
ルド冷凍機（４０）の冷凍負荷に応じて可変制御するよ
うにしたものである。

【００９３】すなわち、この実施形態では、大気放出弁
側の窒素配管（２２）に、液体窒素タンク（Ｔｎ）内の
圧力を検出するシールド冷凍機負荷検出手段としての窒
素タンク圧センサ（７６）が配置されており、このセン
サ（７６）により検出された窒素タンク（Ｔｎ）の内圧
により、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷を検出する
ようにしている（尚、この他、シールド冷凍機（４０）
のヒートステーション（４３）の冷却温度を上記冷凍負
荷として直接検出するようにしてもよい）。

【００９４】そして、上記窒素タンク圧センサ（７６）
は制御装置（７１）に接続されており、この制御装置
（７１）の制御部（７３）においてバルブモータ周波数
制御器（７２）を制御し、上記検出される窒素タンク
（Ｔｎ）の内圧が設定値よりも低下してシールド冷凍機
（４０）の冷凍負荷が下がったときに、予冷冷凍機（２
６）のディスプレーサ駆動周波数の上昇又はシールド冷
凍機（４０）のディスプレーサ駆動周波数の上昇の両方
（又は一方）を行う一方、窒素タンク（Ｔｎ）の内圧が
設定値よりも上昇してシールド冷凍機（４０）の冷凍負
荷が上がったときに、予冷冷凍機（２６）のディスプレ
ーサ駆動周波数の低下又はシールド冷凍機（４０）のデ
ィスプレーサ駆動周波数の上昇の両方（又は一方）を行
うようにしている。

【００９５】また、制御装置（７１）は上記実施形態１
と同様に、高段圧縮機（８）の運転周波数も制御し、窒
素タンク（Ｔｎ）の内圧（シールド冷凍機（４０）の冷
凍負荷）が設定値よりも低下したときに、予冷及びシー
ルド冷凍機（２６），（４０）に高圧ヘリウムガスを供
給する高段圧縮機（８）の運転周波数を下げる一方、上
記荷窒素タンク（Ｔｎ）の内圧が設定値よりも上昇した
ときに、高段圧縮機（８）の運転周波数を上げるように
している。

【００９６】この実施形態の場合、窒素タンク（Ｔｎ）
の内圧（シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷）が窒素タ
ンク圧センサ（７６）により検出され、この窒素タンク
（Ｔｎ）の内圧に応じて予冷及びシールド冷凍機（２
６），（４０）のディスプレーサ駆動周波数が変えら
れ、窒素タンク（Ｔｎ）の内圧が下がってシールド冷凍
機（４０）の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに
は、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数が
上昇しかつシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆
動周波数が低下し、このことでシールド冷凍機（４０）
の冷凍能力が下げられる。

【００９７】一方、窒素タンク（Ｔｎ）の内圧が上がっ
てシールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が設定値よりも増
大したときに、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆
動周波数が低下しかつシールド冷凍機（４０）のディス
プレーサ駆動周波数が上昇し、シールド冷凍機（４０）
の冷凍能力が上げられる。従って、極低温冷凍装置
（Ｒ）のマルチ運転中にシールド冷凍機（４０）の冷凍
負荷が変わっても、その負荷に応じてシールド冷凍機
（４０）の冷凍能力を変更することができ、ＪＴ冷凍機
（５１）の冷凍能力を略一定に保ちながら、シールド冷
凍機（４０）の冷凍能力を変化させることもでき、シー
ルド冷凍機（４０）の幅広い能力制御を行うことができ
る。

【００９８】また、窒素タンク（Ｔｎ）の内圧（シール
ド冷凍機（４０）の冷凍負荷）に応じて高段圧縮機
（８）の運転周波数が変えられ、シールド冷凍機（４
０）の冷凍負荷の設定値よりも低下したときに高段圧縮
機（８）の運転周波数が下がり、冷凍負荷が設定値より
も増大したときに、高段圧縮機（８）の運転周波数が上
がるので、極低温冷凍装置（Ｒ）のマルチ運転中のシー
ルド冷凍機（４０）の負荷の変化に応じて冷凍能力を大
きく変更させることができ、シールド冷凍機（４０）の
より一層幅広い能力制御を行うことができる。

【００９９】（実施形態６）図１１は実施形態６を示
し、上記実施形態２のように予冷及びシールド冷凍機
（２６），（４０）へのヘリウムガスの流量を可変制御
するに当たり、両冷凍機（２６），（４０）のディスプ
レーサ駆動周波数を、シールド冷凍機（４０）の冷凍負
荷に応じて可変制御するようにしたものである。

【０１００】この実施形態では、実施形態２の構成にお
いて、制御装置（７１）に上記実施形態５と同様の窒素
タンク圧センサ（７６）の出力信号が入力されており、
この窒素タンク圧センサ（７６）により検出された窒素
タンク（Ｔｎ）の内圧（シールド冷凍機（４０）の冷凍
負荷）に応じて各冷凍機（２６），（４０）へのヘリウ
ムガスの流量を可変制御し、窒素タンク（Ｔｎ）の内圧
が低下してシールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が設定値
よりも下がったときに、シールド冷凍機（４０）に対す
るヘリウムガス流量が低下する一方、窒素タンク（Ｔ
ｎ）の内圧が上昇してシールド冷凍機（４０）の冷凍負
荷が設定値よりも上がったときに、予冷冷凍機（２６）
に対するヘリウムガス流量が低下するようにヘリウム流
量調整機構（４６）を制御する。その他は実施形態６と
同様の構成である。したがって、この実施形態でも、上
記実施形態６と同様の作用効果が得られる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、少なくとも１台の圧縮機と、該圧縮機に並列に接続
された複数台の冷凍機とを備えた極低温冷凍装置におい
て、少なくとも１台の冷凍機のディスプレーサの往復動
の駆動周波数を可変とするようにした。また、請求項７
の発明では、上記と同様の前提の極低温冷凍装置におい
て、少なくとも１台の冷凍機に対する冷媒ガスの流量を
調整するようにした。従って、これらの発明によると、
複数台のうちの少なくとも１台のディスプレーサ駆動周
波数又は冷媒ガス流量を変えて、その冷凍能力を変える
ことができ、冷凍機間の能力配分を変更して、個々の冷
凍機の容量変更を要することなく、その冷凍能力に応じ
た幅広い調整を行うことができる。

【０１０２】請求項２又は８の発明によると、複数台の
冷凍機は、ＪＴ冷凍機における予冷冷凍機と、このＪＴ
冷凍機による極低温冷却部分を熱シールドするシールド
冷凍機とからなるものとしたことにより、ＪＴ冷凍機の
予冷冷凍機及びシールド冷凍機をマルチ運転する場合
に、ＪＴ冷凍機及びシールド冷凍機の各冷凍能力の能力
配分を各冷凍機の仕様変更を要することなく調整して、
種々の冷凍能力の要求に対応させることができる。

【０１０３】請求項３又は９の発明では、圧縮機を直列
に接続された低段及び高段圧縮機とし、予冷及びシール
ド冷凍機は、高段圧縮機から吐出された冷媒ガスを膨張
させるように構成されているものとした。また、請求項
４又は１０の発明では、圧縮機は、予冷及びシールド冷
凍機に冷媒ガスを供給する冷凍機用圧縮機と、ＪＴ弁に
冷媒ガスを供給するＪＴ用圧縮機とで構成した。これら
の発明によると、予冷及びシールド冷凍機に対する圧縮
機の接続構造の具体化を図ることができる。

【０１０４】請求項５又は１１の発明では、上記低段及
び高段圧縮機の運転周波数を独立して可変とした。ま
た、請求項６又は１２の発明では、冷凍機用及びＪＴ用
圧縮機の運転周波数を独立して可変とした。これら発明
によると、冷凍機のディスプレーサ駆動周波数に加え
て、圧縮機の運転周波数についても変更することで、予
冷冷凍機の冷凍能力とシールド冷凍機の冷凍能力との能
力配分をさらに広い範囲に亘り調整して、大幅な冷凍能
力の要求に対応させることができる。

【０１０５】請求項１３の発明によると、請求項１の発
明において、各冷凍機は、ディスプレーサに対する冷媒
ガス圧を変えてその駆動周波数を調整する可変オリフィ
スを備えたガス圧駆動型の冷凍機とし、可変オリフィス
の開度をディスプレーサ駆動周波数の変化に応じて可変
制御するようにしたことにより、冷凍機のディスプレー
サ駆動周波数及びそのディスプレーサに対する冷媒ガス
圧も変えて、予冷冷凍機の冷凍能力とシールド冷凍機の
冷凍能力との能力配分をさらに広い範囲に亘り調整し
て、大幅な冷凍能力の要求に対応させることができる。

【０１０６】請求項１４の発明では、上記ＪＴ冷凍機の
冷凍負荷を検出し、このＪＴ冷凍機の冷凍負荷が設定値
よりも低下したときに、予冷冷凍機のディスプレーサ駆
動周波数の低下又はシールド冷凍機のディスプレーサ駆
動周波数の上昇の少なくとも一方を行う一方、ＪＴ冷凍
機の冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、予冷冷凍
機のディスプレーサ駆動周波数の上昇又はシールド冷凍
機のディスプレーサ駆動周波数の低下の少なくとも一方
を行うようにした。また、請求項１８の発明では、ＪＴ
冷凍機の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに、上記
予冷冷凍機に対する冷媒ガス流量を低下させる一方、Ｊ
Ｔ冷凍機の冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、シ
ールド冷凍機に対する冷媒ガス流量を低下させるように
した。従って、これらの発明によると、極低温冷凍装置
のマルチ運転中にＪＴ冷凍機の負荷が変わっても、その
負荷に応じて冷凍能力を変更させることができ、シール
ド冷凍機の冷凍能力を略一定に保ちながら、ＪＴ冷凍機
の冷凍能力を変化させることができ、ＪＴ冷凍機の幅広
い能力制御を行うことができる。

【０１０７】請求項１５又は１９の発明によると、請求
項１４又は１８の発明において、予冷及びシールド冷凍
機に対応する圧縮機の運転周波数を可変とし、ＪＴ冷凍
機の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに、予冷及び
シールド冷凍機に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機の運転
周波数を下げる一方、ＪＴ冷凍機の冷凍負荷が設定値よ
りも増大したときに、上記圧縮機の運転周波数を上げる
ようにしたことにより、ＪＴ冷凍機の冷凍負荷に応じて
冷凍機のディスプレーサ駆動周波数のみならず圧縮機の
運転周波数も変えることができ、冷凍装置のマルチ運転
中のＪＴ冷凍機の負荷の変化に応じて冷凍能力を大きく
変更させて、ＪＴ冷凍機のより一層幅広い能力制御を行
うことができる。

【０１０８】請求項１６又は２０の発明によると、請求
項１４（もしくは１５）又は１９の発明において、ＪＴ
冷凍機の冷凍負荷が設定値よりも低下したときに、ＪＴ
弁への冷媒ガス圧を下げる一方、ＪＴ冷凍機の冷凍負荷
が設定値よりも増大したときに、ＪＴ弁への冷媒ガス圧
を上げるようにしたことにより、ＪＴ冷凍機の負荷の変
化に応じて冷凍能力を大きく変更させて、ＪＴ冷凍機の
より一層幅広い能力制御を行うことができる。

【０１０９】請求項１７又は２１の発明では、請求項１
６又は２０の発明において、低段圧縮機又はＪＴ用圧縮
機の運転周波数を可変とし、この圧縮機の運転周波数
を、ＪＴ冷凍機の冷凍負荷が設定値よりも低下したとき
に下げる一方、ＪＴ冷凍機の冷凍負荷が設定値よりも増
大したときに上げるようにしたことにより、低段又はＪ
Ｔ用圧縮機の運転周波数の変更によりＪＴ冷凍機の負荷
の変化に応じて冷凍能力を大きく変更してＪＴ冷凍機の
幅広い能力制御を行うことができる。

【０１１０】請求項２２の発明では、請求項３又は４の
発明の極低温冷凍装置において、シールド冷凍機の冷凍
負荷を検出し、この検出されるシールド冷凍機の冷凍負
荷が設定値よりも下がったときに、予冷冷凍機のディス
プレーサ駆動周波数の上昇又はシールド冷凍機のディス
プレーサ駆動周波数の低下の少なくとも一方を行う一
方、冷凍負荷が設定値よりも上がったときに、予冷冷凍
機のディスプレーサ駆動周波数の低下又はシールド冷凍
機のディスプレーサ駆動周波数の上昇の少なくとも一方
を行うようにした。また、請求項２４の発明では、請求
項９又は１０の発明において、同様に、シールド冷凍機
の冷凍負荷を検出し、この冷凍負荷が設定値よりも下が
ったときに、シールド冷凍機に対する冷媒ガス流量を、
また冷凍負荷が設定値よりも上がったときに、予冷冷凍
機に対する冷媒ガス流量をそれぞれ低下させるようにし
た。従って、これらの発明によると、極低温冷凍装置の
マルチ運転中にシールド冷凍機の負荷が変わっても、そ
のシールド冷凍機の負荷に応じて冷凍能力を変更させ、
ＪＴ冷凍機の冷凍能力を略一定に保ちながら、シールド
冷凍機の冷凍能力を変化させることができ、シールド冷
凍機の幅広い能力制御を行うことができる。

【０１１１】請求項２３又は２５の発明によると、請求
項２２又は２４の発明において、シールド冷凍機の冷凍
負荷が設定値よりも低下したときに、予冷及びシールド
冷凍機に高圧冷媒ガスを供給する運転周波数可変の圧縮
機の運転周波数を下げる一方、上記冷凍負荷が設定値よ
りも増大したときに、上記圧縮機の運転周波数を上げる
ようにしたことにより、冷凍機のディスプレーサ駆動周
波数のみならず圧縮機の運転周波数も変えて、冷凍装置
のマルチ運転中のシールド冷凍機の負荷の変化に応じて
冷凍能力を大きく変更させることができ、シールド冷凍
機のより一層幅広い能力制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る極低温冷凍装置の全
体構成を示す図である。

【図２】予冷冷凍機のディスプレーサ駆動周波数に応じ
た予冷及びシールド冷凍機の冷凍能力の変化を示す特性
図である。

【図３】実施形態１において高段圧縮機の運転周波数を
上昇させたときの予冷及びシールド冷凍機の冷凍能力の
変化を示す図２相当図である。

【図４】実施形態１においてディスプレーサ駆動周波数
に応じたオリフィス開度の特性を示す特性図である。

【図５】実施形態２を示す図１相当図である。

【図６】予冷冷凍機に対するヘリウムガス流量に応じた
予冷及びシールド冷凍機の冷凍能力の変化を示す図２相
当図である。

【図７】実施形態２において高段圧縮機の運転周波数を
上昇させたときの予冷及びシールド冷凍機の冷凍能力の
変化を示す図１相当図である。

【図８】実施形態３を示す図１相当図である。

【図９】実施形態４を示す図１相当図である。

【図１０】実施形態５を示す図１相当図である。

【図１１】実施形態６を示す図１相当図である。

【符号の説明】

（Ｒ） 極低温冷凍装置 （１） 圧縮機ユニット （５） 低段圧縮機 （８） 高段圧縮機 （１３） ＪＴ高圧調整機構（ＪＴ高圧調整手段） （１８） 冷凍機用圧縮機 （１９） ＪＴ用圧縮機 （Ｖ１），（Ｖ２） 流量調整弁 （ＡＶ１），（ＡＶ２） 電磁開閉弁 （２１） 冷凍機ユニット （２６） 予冷冷凍機 （３７），（３８） ヒートステーション （４０） シールド冷凍機 （４３） ヒートステーション （４６） ヘリウムガス流量調整機構（冷媒流量調整手
段） （５１） ＪＴ冷凍機 （５８） ＪＴ弁 （７１） 制御装置（制御手段） （７２） バルブモータ周波数制御器（ディスプレーサ
駆動周波数可変手段） （７４） バッファタンク圧センサ（ＪＴ冷凍機負荷検
出手段） （７６） 窒素タンク圧センサ（シールド冷凍機負荷検
出手段） （Ｔｂ） バッファタンク （Ｔｂ） 液体ヘリウムタンク （Ｄ） 真空デュワー （Ｔｎ） 液体窒素タンク （Ｓ） 熱シールド板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 昌和 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 種谷 昭一 大阪府堺市築港新町３丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内 (72)発明者 三浦 克哉 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒ガスを圧縮する少なくとも１台の圧
   縮機と、該圧縮機に並列に接続され、圧縮機からの冷媒
   ガスをディスプレーサの往復動により膨張させて極低温
   を発生させる複数台の冷凍機（２６），（４０）とを備
   えた極低温冷凍装置において、 上記少なくとも１台の冷凍機（２６），（４０）のディ
   スプレーサの往復動の駆動周波数を可変とするディスプ
   レーサ駆動周波数可変手段（７２）を設けたことを特徴
   とする極低温冷凍装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の極低温冷凍装置におい
   て、 複数台の冷凍機（２６），（４０）は、圧縮機からの高
   圧冷媒ガスのＪＴ弁（５８）でのジュールトムソン膨張
   により極低温を発生させるＪＴ冷凍機（５１）に付設さ
   れかつ上記ジュールトムソン膨張する前の冷媒ガスを予
   冷する予冷冷凍機（２６）と、 少なくとも上記ＪＴ冷凍機（５１）による極低温冷却部
   分を外部から熱シールドするシールド冷凍機（４０）と
   からなることを特徴とする極低温冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の極低温冷凍装置におい
   て、 圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する低段圧縮機（５）と、該
   低段圧縮機（５）から吐出された冷媒ガスを圧縮する高
   段圧縮機（８）とからなり、 予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）は、上記高
   段圧縮機（８）から吐出された冷媒ガスを膨張させるよ
   うに構成されていることを特徴とする極低温冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の極低温冷凍装置におい
   て、 圧縮機は、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）
   に冷媒ガスを供給する冷凍機用圧縮機（１８）と、 ＪＴ弁（５８）に冷媒ガスを供給するＪＴ用圧縮機（１
   ９）とからなることを特徴とする極低温冷凍装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の極低温冷凍装置におい
   て、 低段及び高段圧縮機（５），（８）の運転周波数が独立
   して可変とされていることを特徴とする極低温冷凍装
   置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の極低温冷凍装置におい
   て、 冷凍機用及びＪＴ用圧縮機（１８），（１９）の運転周
   波数が独立して可変とされていることを特徴とする極低
   温冷凍装置。
7. 【請求項７】 冷媒ガスを圧縮する少なくとも１台の圧
   縮機と、該圧縮機に並列に接続され、圧縮機からの冷媒
   ガスを膨張させて極低温を発生させる複数台の冷凍機
   （２６），（４０）とを備えた極低温冷凍装置におい
   て、 上記少なくとも１台の冷凍機（２６），（４０）に対す
   る冷媒ガスの流量を調整する冷媒流量調整手段（４６）
   を設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の極低温冷凍装置におい
   て、 複数台の冷凍機（２６），（４０）は、圧縮機からの高
   圧冷媒ガスのＪＴ弁（５８）でのジュールトムソン膨張
   により極低温を発生させるＪＴ冷凍機（５１）に付設さ
   れかつ上記ジュールトムソン膨張する前の高圧冷媒ガス
   を予冷する予冷冷凍機（２６）と、 少なくとも上記ＪＴ冷凍機（５１）による極低温冷却部
   分を外部から熱シールドするシールド冷凍機（４０）と
   であることを特徴とする極低温冷凍装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の極低温冷凍装置におい
   て、 圧縮機は、冷媒ガスを圧縮する低段圧縮機（５）と、該
   低段圧縮機（５）から吐出された冷媒ガスを圧縮する高
   段圧縮機（８）とからなり、 予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）は、上記高
   段圧縮機（８）から吐出された冷媒ガスを膨張させるよ
   うに構成されていることを特徴とする極低温冷凍装置。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の極低温冷凍装置におい
    て、 圧縮機は、予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）
    に冷媒ガスを供給する冷凍機用圧縮機（１８）と、 ＪＴ弁（５８）に冷媒ガスを供給するＪＴ用圧縮機（１
    ９）とからなることを特徴とする極低温冷凍装置。
11. 【請求項１１】 請求項９記載の極低温冷凍装置におい
    て、 低段及び高段圧縮機（５），（８）の運転周波数が独立
    して可変とされていることを特徴とする極低温冷凍装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 冷凍機用及びＪＴ用圧縮機（１８），（１９）の運転周
    波数が独立して可変とされていることを特徴とする極低
    温冷凍装置。
13. 【請求項１３】 請求項１記載の極低温冷凍装置におい
    て、 各冷凍機（２６），（４０）は、ディスプレーサを冷媒
    ガスの圧力で駆動するガス圧駆動型の冷凍機であって、
    かつ上記ディスプレーサに対する冷媒ガス圧を変えてデ
    ィスプレーサの動きを調整する可変オリフィスを備えて
    おり、 上記可変オリフィスの開度をディスプレーサ駆動周波数
    の変化に応じて制御するように構成したことを特徴とす
    る極低温冷凍装置。
14. 【請求項１４】 請求項３又は４記載の極低温冷凍装置
    において、 ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷を検出するＪＴ冷凍機負
    荷検出手段（７４）と、 上記ＪＴ冷凍機負荷検出手段（７４）により検出される
    ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低下した
    ときに、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波
    数の低下又はシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ
    駆動周波数の上昇の少なくとも一方が行われる一方、Ｊ
    Ｔ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも増大したと
    きに、予冷冷凍機（２６）のディスプレーサ駆動周波数
    の上昇又はシールド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆
    動周波数の低下の少なくとも一方が行われるようにディ
    スプレーサ駆動周波数可変手段（７２）を制御する制御
    手段（７１）とを設けたことを特徴とする極低温冷凍装
    置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒
    ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数が可変とされ
    ており、 制御手段（７１）は、上記予冷及びシールド冷凍機（２
    ６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機（８）
    の運転周波数を、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定
    値よりも低下したときに圧縮機（８）の運転周波数が下
    がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値より
    も増大したときに圧縮機（８）の運転周波数が上がるよ
    うに制御する構成とされていることを特徴とする極低温
    冷凍装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４又は１５記載の極低温冷凍
    装置において、 ＪＴ弁（５８）に対する冷媒ガスの圧力を調整するＪＴ
    高圧調整手段（１３）を設け、 制御手段（７１）は、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が
    設定値よりも低下したときに、ＪＴ弁（５８）への冷媒
    ガス圧が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が
    設定値よりも増大したときに、ＪＴ弁（５８）への冷媒
    ガス圧が上がるように上記ＪＴ高圧調整手段（１３）を
    制御する構成とされていることを特徴とする極低温冷凍
    装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 低段圧縮機（５）及びＪＴ用圧縮機（１９）の運転周波
    数が可変されており、 制御手段（７１）は、上記圧縮機（５），（１９）の運
    転周波数を、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よ
    りも低下したときに圧縮機（５），（１９）の運転周波
    数が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定
    値よりも増大したときに圧縮機（５），（１９）の運転
    周波数が上がるように制御する構成とされていることを
    特徴とする極低温冷凍装置。
18. 【請求項１８】 請求項９又は１０記載の極低温冷凍装
    置において、 ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷を検出するＪＴ冷凍機負
    荷検出手段（７４）と、 上記ＪＴ冷凍機負荷検出手段（７４）により検出される
    ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よりも低下した
    ときに、予冷冷凍機（２６）に対する冷媒ガス流量が低
    下する一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よ
    りも増大したときに、シールド冷凍機（４０）に対する
    冷媒ガス流量が低下するように冷媒流量調整手段（４
    ６）を制御する制御手段（７１）とを設けたことを特徴
    とする極低温冷凍装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒
    ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数が可変されて
    おり、 制御手段（７１）は、上記予冷及びシールド冷凍機（２
    ６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機（８）
    の運転周波数を、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定
    値よりも低下したときに圧縮機（８）の運転周波数が下
    がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値より
    も増大したときに圧縮機（８）の運転周波数が上がるよ
    うに制御する構成とされていることを特徴とする極低温
    冷凍装置。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 ＪＴ弁（５８）に対する冷媒ガスの圧力を調整するＪＴ
    高圧調整手段（１３）を設け、 制御手段（７１）は、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が
    設定値よりも低下したときに、ＪＴ弁（５８）への冷媒
    ガス圧が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が
    設定値よりも増大したときに、ＪＴ弁（５８）への冷媒
    ガス圧が上がるように上記ＪＴ高圧調整手段（１３）を
    制御する構成とされていることを特徴とする極低温冷凍
    装置。
21. 【請求項２１】 請求項２０記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 低段圧縮機（５）及びＪＴ用圧縮機（１９）の運転周波
    数が可変されており、 制御手段（７１）は、上記圧縮機（５），（１９）の運
    転周波数を、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定値よ
    りも低下したときに圧縮機（５），（１９）の運転周波
    数が下がる一方、ＪＴ冷凍機（５１）の冷凍負荷が設定
    値よりも増大したときに圧縮機（５），（１９）の運転
    周波数が上がるように制御する構成とされていることを
    特徴とする極低温冷凍装置。
22. 【請求項２２】 請求項３又は４記載の極低温冷凍装置
    において、 シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷を検出するシールド
    冷凍機負荷検出手段（７６）と、 上記シールド冷凍機負荷検出手段（７６）により検出さ
    れる冷凍負荷が設定値よりも下がったときに、予冷冷凍
    機（２６）のディスプレーサ駆動周波数の上昇又はシー
    ルド冷凍機（４０）のディスプレーサ駆動周波数の低下
    の少なくとも一方が行われる一方、冷凍負荷が設定値よ
    りも上がったときに、予冷冷凍機（２６）のディスプレ
    ーサ駆動周波数の低下又はシールド冷凍機（４０）のデ
    ィスプレーサ駆動周波数の上昇の少なくとも一方が行わ
    れるようにディスプレーサ駆動周波数可変手段（７２）
    を制御する制御手段（７１）とを設けたことを特徴とす
    る極低温冷凍装置。
23. 【請求項２３】 請求項２２記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒
    ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数が可変とされ
    ており、 制御手段（７１）は、上記予冷及びシールド冷凍機（２
    ６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機（８）
    の運転周波数を、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が
    設定値よりも低下したときに圧縮機（８）の運転周波数
    が下がる一方、冷凍負荷が設定値よりも増大したときに
    圧縮機（８）の運転周波数が上がるように制御する構成
    とされていることを特徴とする極低温冷凍装置。
24. 【請求項２４】 請求項９又は１０記載の極低温冷凍装
    置において、 シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷を検出するシールド
    冷凍機負荷検出手段（７６）と、 上記シールド冷凍機負荷検出手段（７６）により検出さ
    れる冷凍負荷が設定値よりも低下したときに、上記シー
    ルド冷凍機（４０）に対する冷媒ガス流量が低下する一
    方、冷凍負荷が設定値よりも増大したときに、上記予冷
    冷凍機（２６）に対する冷媒ガス流量が低下するように
    冷媒流量調整手段（４６）を制御する制御手段（７１）
    とを設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。
25. 【請求項２５】 請求項２４記載の極低温冷凍装置にお
    いて、 予冷及びシールド冷凍機（２６），（４０）に高圧冷媒
    ガスを供給する圧縮機（８）の運転周波数が可変とされ
    ており、 制御手段（７１）は、上記予冷及びシールド冷凍機（２
    ６），（４０）に高圧冷媒ガスを供給する圧縮機（８）
    の運転周波数を、シールド冷凍機（４０）の冷凍負荷が
    設定値よりも低下したときに圧縮機（８）の運転周波数
    が下がる一方、冷凍負荷が設定値よりも増大したときに
    圧縮機（８）の運転周波数が上がるように制御する構成
    とされていることを特徴とする極低温冷凍装置。