用于超低温冷冻机的压缩机单元及低温泵系统

摘要

本发明提供一种关于用于超低温冷冻机的变频器驱动的压缩机单元对振动进行处理的简单的方法。压缩机单元具备根据阀指令信号而控制旁通配管的流量的流量控制阀、压缩机变频器(170)及压缩机控制器(168)。运行频率可采用的值的范围预先限定于下限值至第1值的第1运行频率区间及第2值至上限值的第2运行频率区间，第1值至第2值的不使用频率区间包括压缩机结构部的固有频率。目标流量在第1排出流量与第2排出流量之间的情况下，压缩机控制器(168)确定变频器指令信号，以使运行频率设定于第2运行频率区间，并且确定阀指令信号，以使旁通配管的流量与从根据该变频器指令信号得到的压缩机主体的排出流量减去目标流量的差分流量一致。

权利要求

1.一种用于超低温冷冻机的压缩机单元，其特征在于，具备：

压缩机结构部，其包括：压缩机主体，其将超低温冷冻机的工作气体进行压缩并排出；

压缩机马达，其运行频率可变且使所述压缩机主体进行动作；高压配管，其连接于所述压缩机主体以使工作气体从所述压缩机主体排出；低压配管，其连接于所述压缩机主体以使工作气体吸入到所述压缩机主体；旁通配管，其绕过所述压缩机主体将所述高压配管连接于所述低压配管；及流量控制阀，其设置于所述旁通配管以根据阀指令信号控制所述旁通配管的流量；

压缩机变频器，其根据变频器指令信号控制所述压缩机马达的所述运行频率；及压缩机控制器，其构成为确定所述阀指令信号及所述变频器指令信号，以使工作气体以目标流量从所述压缩机单元供给至所述超低温冷冻机，所述运行频率可采用的值的范围预先限定于大于零的下限值至第1值的第1运行频率区间、以及第2值至上限值的第2运行频率区间，所述第2值大于所述第1值，并且所述第1值及所述第2值确定为所述第1值至所述第2值的不使用频率区间包括关于所述压缩机结构部的至少一部分的至少一个固有频率，所述运行频率的所述下限值、所述第1值、所述第2值及所述上限值分别对应于所述压缩机主体的下限排出流量、第1排出流量、第2排出流量及上限排出流量，在所述运行频率从所述第1值切换为所述第2值时，所述压缩机控制器对所述阀指令信号和/或所述变频器指令信号实施平滑化处理，在所述目标流量在所述第1排出流量与所述第2排出流量之间的情况下，所述压缩机控制器确定所述变频器指令信号，以使所述运行频率设定于所述第2运行频率区间，并且确定所述阀指令信号，以使所述旁通配管的流量与从根据该变频器指令信号得到的所述压缩机主体的排出流量减去所述目标流量的差分流量一致。

2.根据权利要求1所述的压缩机单元，其特征在于，

所述目标流量在所述第1排出流量与所述第2排出流量之间的情况下，所述压缩机控制器确定所述变频器指令信号，以使所述运行频率取所述第2值。

3.根据权利要求1或2所述的压缩机单元，其特征在于，

所述目标流量在所述下限排出流量与所述第1排出流量之间的情况下，所述压缩机控制器确定所述变频器指令信号，以使所述运行频率设定于所述第1运行频率区间，并且确定所述阀指令信号，以使所述流量控制阀关闭，所述目标流量在所述第2排出流量与所述上限排出流量之间的情况下，所述压缩机控制器确定所述变频器指令信号，以使所述运行频率设定于所述第2运行频率区间，并且确定所述阀指令信号，以使所述流量控制阀关闭。

4.根据权利要求1或2所述的压缩机单元，其特征在于，

所述目标流量在零与所述下限排出流量之间的情况下，所述压缩机控制器确定所述变频器指令信号，以使所述运行频率取所述下限值，并且确定所述阀指令信号，以使所述旁通配管的流量与所述差分流量一致。

5.一种低温泵系统，其特征在于，具备：

低温泵，其具备低温板和用于冷却该低温板的超低温冷冻机；

压缩机单元，其具备压缩机结构部，该压缩机结构部包括：压缩机主体，其将所述超低温冷冻机的工作气体进行压缩并排出；压缩机马达，其运行频率可变且使所述压缩机主体进行动作；高压配管，其连接于所述压缩机主体以使工作气体从所述压缩机主体排出；低压配管，其连接于所述压缩机主体以使工作气体吸入到所述压缩机主体；旁通配管，其绕过所述压缩机主体，并将所述高压配管连接于所述低压配管；及流量控制阀，其设置于所述旁通配管以根据阀指令信号来控制所述旁通配管的流量；

压缩机变频器，其根据变频器指令信号控制所述压缩机马达的所述运行频率；及控制器，其构成为确定所述阀指令信号及所述变频器指令信号，以使工作气体以目标流量从所述压缩机单元供给至所述超低温冷冻机，所述运行频率可采用的值的范围预先限定于大于零的下限值至第1值的第1运行频率区间、以及第2值至上限值的第2运行频率区间，所述第2值大于所述第1值，所述第1值及所述第2值确定为所述第1值至所述第2值的不使用频率区间包括关于所述压缩机结构部的至少一部分的至少一个固有频率，所述运行频率的所述下限值、所述第1值、所述第2值及所述上限值分别对应于所述压缩机主体的下限排出流量、第1排出流量、第2排出流量及上限排出流量，在所述运行频率从所述第1值切换为所述第2值时，所述控制器对所述阀指令信号和/或所述变频器指令信号实施平滑化处理，所述目标流量在所述第1排出流量与所述第2排出流量之间的情况下，所述控制器确定所述变频器指令信号，以使所述运行频率设定于所述第2运行频率区间，并且确定所述阀指令信号，以使所述旁通配管的流量与从根据该变频器指令信号得到的所述压缩机主体的排出流量减去所述目标流量的差分流量一致。

说明书

用于超低温冷冻机的压缩机单元及低温泵系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于超低温冷冻机的压缩机单元及低温泵系统。

背景技术

[0002] 以往，已知有如下振动抑制技术，即，在搭载变频器并将运行频率设为可变的所谓变频器压缩机中，在振动传感器的检测输出大的情况下，变更压缩机的运行频率。

[0003] 以往技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开2001-317470号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的技术课题

[0007] 本发明的一种实施方式的示例性目的之一为提供一种关于用于超低温冷冻机的变频器驱动的压缩机单元对振动进行处理的简单的方法。

[0008] 用于解决技术课题的手段

[0009] 根据本发明的一种实施方式，提供一种用于超低温冷冻机的压缩机单元。压缩机单元具备：压缩机结构部，其包括：压缩机主体，其将超低温冷冻机的工作气体进行压缩并排出；压缩机马达，其运行频率可变且使压缩机主体进行动作；高压配管，其连接于压缩机主体以使工作气体从压缩机主体排出；低压配管，其连接于压缩机主体以使工作气体吸入到压缩机主体；旁通配管，其绕过压缩机主体，并将高压配管连接于低压配管；及流量控制阀，其设置于旁通配管以根据阀指令信号而控制旁通配管的流量；压缩机变频器，其根据变频器指令信号控制压缩机马达的运行频率；及压缩机控制器，其构成为确定阀指令信号及变频器指令信号，以使工作气体以目标流量从压缩机单元供给至超低温冷冻机。运行频率可采用的值的范围预先限定于大于零的下限值至第1值的第1运行频率区间、以及第2值至上限值的第2运行频率区间，第2值大于第1值。第1值及第2值确定为第1值至第2值的不使用频率区间包括关于压缩机结构部的至少一部分的至少一个固有频率。运行频率的下限值、第1值、第2值及上限值分别对应于压缩机主体的下限排出流量、第1排出流量、第2排出流量及上限排出流量。在目标流量在第1排出流量与第2排出流量之间的情况下，压缩机控制器确定变频器指令信号，以使运行频率设定于第2运行频率区间，并且确定阀指令信号，以使旁通配管的流量与从根据该变频器指令信号得到的压缩机主体的排出流量减去目标流量的差分流量一致。

[0010] 根据本发明的一种实施方式，低温泵系统具备：低温泵，其具备低温板和用于冷却该低温板的超低温冷冻机；压缩机单元，其具备压缩机结构部，该压缩机结构部包括：压缩机主体，其将所述超低温冷冻机的工作气体进行压缩并排出；压缩机马达，其运行频率可变且使所述压缩机主体进行动作；高压配管，其连接于所述压缩机主体以使工作气体从所述压缩机主体排出；低压配管，其连接于所述压缩机主体以使工作气体吸入到所述压缩机主体；旁通配管，其绕过所述压缩机主体，并将所述高压配管连接于所述低压配管；及流量控制阀，其设置于所述旁通配管以根据阀指令信号控制所述旁通配管的流量；压缩机变频器，其根据变频器指令信号控制所述压缩机马达的所述运行频率；及控制器，其构成为确定所述阀指令信号及所述变频器指令信号，以使工作气体以目标流量从所述压缩机单元供给至所述超低温冷冻机。运行频率可采用的值的范围预先限定于大于零的下限值至第1值的第1运行频率区间、以及第2值至上限值的第2运行频率区间，第2值大于第1值。第1值及第2值被确定为第1值至第2值的不使用频率区间包括关于压缩机结构部的至少一部分的至少一个固有频率。运行频率的下限值、第1值、第2值及上限值分别对应于压缩机主体的下限排出流量、第1排出流量、第2排出流量及上限排出流量。目标流量在第1排出流量与第2排出流量之间的情况下，控制器确定变频器指令信号，以使运行频率设定于第2运行频率区间，并且确定阀指令信号，以使旁通配管的流量与从根据该变频器指令信号得到的压缩机主体的排出流量减去目标流量的差分流量一致。

[0011] 另外，在方法、装置、系统等之间，置换以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件和表现形式，也作为本发明的实施方式而有效。

[0012] 发明效果

[0013] 根据本发明，能够提供一种关于用于超低温冷冻机的变频器驱动的压缩机单元对振动进行处理的简单的方法。

附图说明

[0014] 图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵系统的整体结构的图。

[0015] 图2是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵的剖视图。

[0016] 图3是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的压缩机单元的图。

[0017] 图4是与本实施形态所涉及的低温泵系统有关的控制框图。

[0018] 图5是用于说明本发明的一实施方式所涉及的压缩机单元运转控制的控制流程的图。

[0019] 图6是示意性地例示本发明的一实施方式所涉及的输出分配表的图。

具体实施方式

[0020] 以下，一边参考附图，一边对本发明的实施形态进行详细的说明。另外，在说明中对同一个要素标注相同符号，并适当地省略重复说明。并且，以下所述的结构为例示，并非为限定任何本发明的范围。并且，以下说明中，在所参考的图式中，各构成部件的大小和厚度是为了便于说明，不一定表示实际的尺寸和比率。

[0021] 已知有一种超低温系统，其具备超低温冷冻机和用于对该冷冻机供给工作气体的压缩机单元。作为超低温系统的一例，也已知有一种具备将超低温冷冻机作为冷却源的超低温装置(例如低温泵)的系统。在超低温系统中，有时使用压力目标值及压力测定值来控制压缩机单元的运行频率，例如以使冷冻机的工作气体的高压侧和低压侧的压差与设定值一致。由于能够以最佳的(最小的)运行频率提供冷冻机所需目标工作气体流量，因此这种控制有助于减少系统的耗电量。

[0022] 假定在使用于变频器中的运行频率范围内包括有压缩机单元的配管等机械结构部的固有频率。运转中的压缩机单元本身成为振动源。若运行频率值接近于固有频率，则在压缩机单元的机械结构部有可能引起共振。过度的振动和噪音、结构构件的疲劳是不期望的。

[0023] 为了避免该些问题，禁止采用运行频率接近于固有频率的值为佳。然而，这意味着在最佳的运行频率值接近于固有频率的情况下，不使用该值而代替使用偏离固有频率的值。在将运行频率变更为更小的值的情况下，有来自压缩机单元的供给流量相对于冷冻机所需工作气体流量不足的疑虑。在将运行频率变更为更大的值的情况下，压缩机单元的耗电量增加，会导致如下不良结果，即，无法充分地获得减少变频器控制的耗电量的这一优点。

[0024] 作为根本的解决方案，也可以考虑变更压缩机单元的设计，以免机械结构部的固有频率包括于所使用的运行频率范围内。然而，这种设计变更很费时间和工夫。

[0025] 根据本发明的一种实施方式，提供一种用于超低温冷冻机的压缩机单元。压缩机单元具备：压缩机结构部，其包括：压缩机主体，其将超低温冷冻机的工作气体进行压缩并排出；压缩机马达，其运行频率可变且使压缩机主体进行动作；高压配管，其连接于压缩机主体以使工作气体从压缩机主体排出；低压配管，其连接于压缩机主体以使工作气体吸入到压缩机主体；旁通配管，其绕过压缩机主体，并将高压配管连接于低压配管；及流量控制阀，其设置于旁通配管以根据阀指令信号而控制旁通配管的流量；压缩机变频器，其根据变频器指令信号控制压缩机马达的运行频率；及压缩机控制器，其构造成确定阀指令信号及变频器指令信号，以使工作气体以目标流量从压缩机单元供给至超低温冷冻机。运行频率可采用的值的范围预先限定于大于零的下限值至第1值的第1运行频率区间、以及第2值至上限值的第2运行频率区间，第2值大于第1值。第1值及第2值确定为第1值至第2值的不使用频率区间包括关于压缩机结构部的至少一部分的至少一个固有频率。运行频率的下限值、第1值、第2值及上限值分别对应于压缩机主体的下限排出流量、第1排出流量、第2排出流量及上限排出流量。在目标流量在第1排出流量与第2排出流量之间的情况下，压缩机控制器确定变频器指令信号，以使运行频率设定于第2运行频率区间，并且确定阀指令信号，以使旁通配管的流量与从根据该变频器指令信号得到的压缩机主体的排出流量减去目标流量的差分流量一致。

[0026] 根据该实施方式，运行频率的不使用区间以包括压缩机结构部的固有频率的方式而被确定，因此不易产生基于压缩机主体的动作的压缩机结构部的共振。并且，变频器指令信号以运行频率设定于第2运行频率区间的方式而被确定，因此工作气体以目标流量上附加了剩余流量(上述差分流量)的总计流量从压缩机主体排出到高压配管。阀指令信号以旁通配管的流量相当于该剩余流量的方式被确定，因此工作气体从高压配管回收到低压配管，压缩机单元能够以目标流量将工作气体供给至超低温冷冻机。

[0027] 目标流量在第1排出流量与第2排出流量之间的情况下，压缩机控制器可以以运行频率取第2值的方式确定变频器指令信号。

[0028] 目标流量在下限排出流量与第1排出流量之间的情况下，压缩机控制器可以确定变频器指令信号，以使运行频率设定于第1运行频率区间，并且可以确定阀指令信号，以使流量控制阀关闭。在目标流量在第2排出流量与上限排出流量之间的情况下，压缩机控制器可以确定变频器指令信号，以使运行频率设定于第2运行频率区间，并且可以确定阀指令信号，以使流量控制阀关闭。

[0029] 目标流量在零与下限排出流量之间的情况下，压缩机控制器可以确定变频器指令信号，以使运行频率取下限值，并且可以确定阀指令信号，以使旁通配管的流量与差分流量一致。

[0030] 当运行频率从第1值切换为第2值时，压缩机控制器可以对阀指令信号和/或变频器指令信号实施平滑化处理。

[0031] 图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵系统1000的整体结构的图。低温泵系统1000用于进行真空装置300的真空排气。真空装置300为在真空环境下对物体进行处理的真空处理装置，例如为离子植入装置和溅射装置等在半导体制造工序中使用的装置。

[0032] 低温泵系统1000包括多台低温泵10。这些低温泵10安装于真空装置300的一个或多个真空腔室(未图示)中，为了将真空腔室内部的真空度提高至所希望的程序所要求的级别而使用。低温泵10根据低温泵控制器(以下，也称为CP控制器)100所确定的控制量而运转。例如在真空腔室中可实现10-5Pa至10-8Pa程度的高真空度。在图示例中，低温泵系统1000中包括11台低温泵10。多个低温泵10可以为均具有同一排气性能的低温泵，也可以为具有不同的排气性能的低温泵。

[0033] 低温泵系统1000具备CP控制器100。CP控制器100控制低温泵10及压缩机单元102、104。CP控制器100具备执行各种运算处理的CPU、存储各种控制程序的ROM、作为用于存储数据和执行程序的工作区域而利用的RAM、输入输出接口及存储器等。并且，CP控制器100构成为也能够与用于控制真空装置300的主机控制器(未图示)进行通信。真空装置300的主机控制器也可称为将包括低温泵系统1000的真空装置300的各构成要件进行总括的上位控制器。

[0034] CP控制器100与低温泵10及压缩机单元102、104分体构成。CP控制器100以与低温泵10及压缩机单元102、104彼此能够进行通信的方式连接。低温泵10分别具备与CP控制器100进行通信的用于处理输入和输出的IO模组50(参考图4)。CP控制器100与各IO模组50通过控制通信线而连接。图1中用虚线来表示低温泵10与CP控制器100的控制通信线及压缩机单元102、104与CP控制器100的控制通信线。另外，CP控制器100可以与任一个低温泵10或压缩机单元102、104构成为一体。

[0035] CP控制器100可以由单一的控制器构成，也可以包括各自实现相同或不同功能的多个控制器。例如CP控制器100可以具备设置于各压缩机单元，并且确定各压缩机单元的控制量的压缩机控制器、以及总括低温泵系统的低温泵控制器。

[0036] 低温泵系统1000具备至少包括第1压缩机单元102及第2压缩机单元104的多个压缩机单元。压缩机单元为了使工作气体在包括低温泵10的闭合的流体通道中循环而设置。压缩机单元从低温泵10回收工作气体并进行压缩，然后，再次向低温泵10输送。压缩机单元远离真空装置300或者设置于真空装置300的附近。压缩机单元根据压缩机控制器168(参考图4)所确定的控制量而运转。或者，根据CP控制器100所确定的控制量而运转。

[0037] 以下，作为代表例对具有2台压缩机单元102、104的低温泵系统1000进行说明，但本发明并不限定于此。也可以构成3台以上的压缩机单元以与这些压缩机单元102、104相同的方式与多个低温泵10并联连接的低温泵系统1000。另外，图1所示的低温泵系统1000分别具备多个低温泵10及压缩机单元102、104，但也可以将低温泵10或压缩机单元102、104设为1台。

[0038] 多个低温泵10和多个压缩机单元102、104通过工作气体配管系统106连接。配管系统106构成为与多个低温泵10和多个压缩机单元102、104彼此并联连接，以使工作气体在多个低温泵10与多个压缩机单元102、104之间流通。通过配管系统106，多个压缩机单元的各压缩机单元与1台低温泵10并联连接，多个低温泵10的各低温泵与1台压缩机单元并联连接。

[0039] 配管系统106包括内部配管108和外部配管110而构成。内部配管108形成于真空装置300的内部，并包括内部供给管路112及内部返回管路114。外部配管110设置于真空装置300的外部，并包括外部供给管路120及外部返回管路122。外部配管110连接真空装置300和多个压缩机单元102、104。

[0040] 内部供给管路112连接于各低温泵10的供气口42(参考图2)、内部返回管路114连接于各低温泵10的排气口44(参考图2)。并且，内部供给管路112在真空装置300的供气埠116连接于外部配管110的外部供给管路120的一端，内部返回管路114在真空装置300的排气埠118连接于外部配管110的外部返回管路122的一端。

[0041] 外部供给管路120的另一端连接于第1歧管124，外部返回管路122的另一端连接于第2歧管126。第1歧管124上连接有第1压缩机单元102的第1排出配管128及第2压缩机单元104的第2排出配管130的一端。第1排出配管128及第2排出配管130的另一端分别连接于所对应的各压缩机单元102、104的排出埠148(参考图3)。第2歧管126上连接有第1压缩机单元
102的第1吸入配管132及第2压缩机单元104的第2吸入配管134的一端。第1吸入配管132及第2吸入配管134的另一端分别连接于所对应的各压缩机单元102、104的吸入埠146(参考图
3)。

[0042] 如此，用于将从多个压缩机单元102、104的各压缩机单元输送的工作气体进行汇集并供给到多个低温泵10的共用的供给管路由内部供给管路112及外部供给管路120构成。并且，用于将从多个低温泵10排出的工作气体进行汇集并使其返回到多个压缩机单元102、
104的共用的返回管路由内部返回管路114及外部返回管路122构成。并且，多个压缩机单元的各压缩机单元通过各压缩机单元所附带的单独配管而连接于共用管路。在单独配管与共用管路的连接部设置有使单独配管合流的歧管。第1歧管124在供给侧使单独配管合流，第2歧管126在回收侧使单独配管合流。

[0043] 根据低温泵系统1000所使用的场所(例如半导体制造工厂)中的各种装置的配置，上述共用管路也有可能(不同于图示)成为相当长的长度。通过将工作气体汇集于共用管路，与将多个压缩机各自分别连接于真空装置的情况相比，能够缩短总体配管长度。并且，采用在每一个工作气体的供给对象(例如低温泵系统1000中为各低温泵10)上连接有多个压缩机的配管结构，因此也具有冗余性。将多个压缩机并列配置于各个对象(例如低温泵)并进行运转，由此分担对多个压缩机的负载。

[0044] 图2是示意性地表示本发明的一实施方式的低温泵10的剖视图。低温泵10具备冷却至第1冷却温度等级的第1低温板、及冷却至比第1冷却温度等级更低温度的第2冷却温度等级的第2低温板。在第1低温板上，在第1冷却温度等级中蒸气压低的气体通过冷凝被捕获而被排出。例如排出蒸气压比基准蒸气压(例如10-8Pa)低的气体。在第2低温板上，在第2冷却温度等级中蒸气压低的气体通过冷凝而被捕获并排出。在第2低温板上表面形成有吸附区域，以便捕获即使在第2温度等级中也因蒸气压高而不会冷凝的非冷凝性气体。吸附区域例如通过在板表面设置吸附剂而形成。非冷凝性气体吸附到冷却至第2温度等级的吸附区域而被排出。

[0045] 图2所示的低温泵10具备冷冻机12、板结构体14及热屏蔽件16。冷冻机12通过吸入工作气体并使其在内部膨胀而排出的热循环而产生寒冷。板结构体14包括多个低温板，这些板通过冷冻机12被冷却。板表面上形成有用于将气体通过冷凝或吸附进行捕获并排出的超低温面。在低温板的表面(例如背面)，通常，设置有用于吸附气体的活性碳等吸附剂。热屏蔽件16为了从周围的辐射热中保护板结构体14而被设置。

[0046] 低温泵10是所谓的纵型低温泵。纵型低温泵是指冷冻机12沿热屏蔽件16的轴方向插入并配置的低温泵。另外，本发明同样能够应用于所谓的横型低温泵中。横型低温泵是指冷冻机的第2级冷却台沿与热屏蔽件16的轴方向交叉的方向(通常为正交方向)插入并配置的低温泵。另外，图1中示意性地示出横型低温泵10。

[0047] 冷冻机12是吉福德-麦克马洪式冷冻机(所谓的GM冷冻机)。并且，冷冻机12是2级式冷冻机，具有第1级气缸18、第2级气缸20、第1冷却台22、第2冷却台24及冷冻机马达26。第1级气缸18和第2级气缸20串联连接，并分别内置有彼此连接的第1级置换器及第2级置换器(未图示)。第1级置换器及第2级置换器的内部组装有蓄冷材料。另外，冷冻机12可以是除了
2级GM冷冻机以外的冷冻机，例如可以使用单级GM冷冻机，也可以使用脉冲管冷冻机或苏尔威冷冻机。

[0048] 冷冻机12包括为了周期性地反覆进行工作气体的吸入和排出而周期性地切换工作气体的流路的流路切换机构。流路切换机构例如包括阀门部和驱动阀门部的驱动部。阀门部例如为回转阀，驱动部为用于使回转阀旋转的马达。马达例如可以为AC马达或DC马达。并且，流路切换机构可以为通过线性马达进行运转的直动式机构。

[0049] 在第1级气缸18的一端设置有冷冻机马达26。冷冻机马达26设置于在第1级气缸18的端部形成的马达用壳体27的内部。冷冻机马达26以第1级置换器及第2级置换器能够分别在第1级气缸18及第2级气缸20的内部进行往复移动的方式连接于第1级置换器及第2级置换器。并且，冷冻机马达26以使设置于马达用壳体27内部的活动阀(未图示)能够正反向旋转的方式连接于该阀。

[0050] 第1冷却台22设置于第1级气缸18的第2级气缸20侧的端部，即，设置于第1级气缸18与第2级气缸20的连接部。并且，第2冷却台24设置于第2级气缸20的末端。第1冷却台22及第2冷却台24例如通过焊接而分别固定于第1级气缸18及第2级气缸20。

[0051] 冷冻机12通过设置于马达用壳体27的外侧的供气口42及排气口44而连接于压缩机单元102或104。关于低温泵10与压缩机单元102、104的连接关系，如参考图1说明的那样。

[0052] 冷冻机12使从压缩机单元102、104供给的高压工作气体(例如氦气等)在内部膨胀，从而，在第1冷却台22及第2冷却台24产生寒冷。压缩机单元102、104回收通过冷冻机12膨胀的工作气体，并再次进行加压而供给至冷冻机12。

[0053] 具体而言，首先，高压工作气体从压缩机单元102、104供给至冷冻机12。此时，冷冻机马达26在连通供气口42和冷冻机12的内部空间的状态下，驱动马达用壳体27内部的活动阀。若冷冻机12的内部空间被高压工作气体所填满，则活动阀通过冷冻机马达26被切换，从而冷冻机12的内部空间与排气口44连通。由此，工作气体膨胀而被回收至压缩机单元102、104。与活动阀的动作同步，第1级置换器及第2级置换器分别在第1级气缸18及第2级气缸20的内部进行往复移动。通过反覆进行这种热循环，冷冻机12使第1冷却台22及第2冷却台24产生寒冷。

[0054] 第2冷却台24冷却至比第1冷却台22更低的温度。第2冷却台24例如冷却至10K至20K程度，第1冷却台22冷却至例如80K至100K程度。第1冷却台22上安装有用于测定第1冷却台22的温度的第1温度传感器23，在第2冷却台24上安装有用于测定第2冷却台24的温度的第2温度传感器25。

[0055] 在冷冻机12的第1冷却台22上，热屏蔽件16以热连接的状态被固定，在冷冻机12的第2冷却台24上，板结构体14以热连接的状态被固定。因此，热屏蔽件16冷却至与第1冷却台22相同程度的温度，板结构体14冷却至与第2冷却台24相同程度的温度。热屏蔽件16形成为一端具有开口部31的圆筒状的形状。开口部31通过热屏蔽件16的筒状侧面的端部内面而被划定。

[0056] 另一方面，在热屏蔽件16的与开口部31相反的一侧，即，在泵底部侧的另一端形成有封闭部28。封闭部28由在热屏蔽件16的圆筒状侧面的泵底部侧的端部向径向内侧延伸的凸缘部形成。图2所示的低温泵10为纵型低温泵，因此该凸缘部安装于冷冻机12的第1冷却台22。由此，在热屏蔽件16的内部形成有圆柱状的内部空间30。冷冻机12沿热屏蔽件16的中心轴向内部空间30突出，第2冷却台24成为插入到内部空间30的状态。

[0057] 另外，在横型低温泵的情况下，封闭部28通常完全被封闭。冷冻机12从形成于热屏蔽件16的侧面的冷冻机安装用开口部，沿与热屏蔽件16的中心轴正交的方向，向内部空间30突出配置。冷冻机12的第1冷却台22安装于热屏蔽件16的冷冻机安装用开口部，冷冻机12的第2冷却台24配置于内部空间30。在第2冷却台24上安装有板结构体14。由此，板结构体14配置于热屏蔽件16的内部空间30。板结构体14可以经由适当的形状的板安装组件安装于第
2冷却台24。

[0058] 并且，在热屏蔽件16的开口部31安装有挡板32。挡板32在热屏蔽件16的中心轴方向上与板结构体14隔开间隔地设置。挡板32安装于热屏蔽件16的开口部31侧的端部，并冷却至与热屏蔽件16相同程度的温度。当从真空腔室80侧观察时，挡板32可以形成为例如同心圆状，或者也可以形成为格子状等其他形状。另外，在挡板32与真空腔室80之间设置有闸阀(未图示)。该闸阀例如在对低温泵10进行再生时关闭，在通过低温泵10使真空腔室80排气时开启。真空腔室80例如设置于图1所示的真空装置300。

[0059] 热屏蔽件16、挡板32、板结构体14及冷冻机12的第1冷却台22及第2冷却台24收纳于泵壳34的内部。泵壳34串联连接直径不同的2个圆筒而形成。泵壳34的大直径的圆筒侧端部开放，向径向外侧延伸而形成有与真空腔室80的连接用凸缘部36。并且泵壳34的小直径的圆筒侧端部固定于冷冻机12的马达用壳体27。低温泵10经由泵壳34的凸缘部36气密地固定于真空腔室80的排气用开口，并形成与真空腔室80的内部空间成为一体的气密空间。泵壳34及热屏蔽件16均形成为圆筒状，并配设于同轴上。泵壳34的内径稍微大于热屏蔽件16的外径，因此热屏蔽件16与泵壳34的内面之间保持若干间隔地配置。

[0060] 当低温泵10作动时，首先，在其作动之前，使用其他适当的粗抽泵将真空腔室80的内部粗抽至1Pa～10Pa程度。之后，使低温泵10进行动作。第1冷却台22及第2冷却台24通过冷冻机12的驱动而被冷却，与这些热连接的热屏蔽件16、挡板32、板结构体14也被冷却。

[0061] 被冷却的挡板32冷却从真空腔室80向低温泵10的内部飞来的气体分子，并使在该冷却温度下蒸气压充分变低的气体(例如水分等)冷凝于表面并排出。在挡板32的冷却温度下蒸气压未充分变低的气体通过挡板32之后，进入到热屏蔽件16的内部。在所进入的气体分子中，在板结构体14的冷却温度下蒸气压充分变低的气体(例如氩气等)冷凝于板结构体14的表面并排出。在该冷却温度下蒸气压也未充分变低的气体(例如氢气等)通过粘结于板结构体14的表面并冷却的吸附剂被吸附并排出。如此，低温泵10能够使真空腔室80内部的真空度达到所希望的等级。

[0062] 图3是示意性地表示本发明的一实施方式的第1压缩机单元102的图。在本实施例中第2压缩机单元104也具有与第1压缩机单元102相同的结构。压缩机单元102包括使气体升压的压缩机主体140、用于将从外部供给的低压气体供给至压缩机主体140的低压配管142、及用于将通过压缩机主体140压缩的高压气体向外部输送的高压配管144而构成。

[0063] 如图1所示，低压气体在通过第1吸入配管132被供给至第1压缩机单元102。第1压缩机单元102通过吸入埠146接收来自低温泵10的返回气体，工作气体被送至低压配管142。吸入埠146在低压配管142的末端设置于第1压缩机单元102的压缩机框体138。低压配管142连接吸入埠146和压缩机主体140的吸入口。

[0064] 低压配管142在中途具备作为用于去除返回气体中所包含的脉动的容积的储罐150。储罐150设置于吸入埠146与朝向在后面叙述的旁通机构152的分叉之间。在储罐150中被去除脉动的工作气体通过低压配管142被供给至压缩机主体140。在储罐150的内部可以设置有用于从气体中去除不需要的微粒等的过滤器。在储罐150与吸入埠146之间可以连接有用于从外部补充工作气体的接收埠及配管。

[0065] 压缩机主体140例如为涡旋式或旋转式泵，并且实现使所吸入的气体升压的功能。在压缩机主体140上设置有压缩机马达172，压缩机主体140通过压缩机马达172进行运转。
压缩机主体140将被升压的工作气体输送至高压配管144。压缩机主体140设为使用油进行冷却的结构，使油循环的油冷却配管附带设置于压缩机主体140。因此，被升压的工作气体在混入若干该油的状态下输送至高压配管144。

[0066] 由此，在高压配管144的中途设置有分油器154。通过分油器154从工作气体分离的油返回到低压配管142，并可以通过低压配管142而返回到压缩机主体140。分油器154中可以设置有用于释放过大的高压的安全阀。

[0067] 在连接压缩机主体140和分油器154的高压配管144的中途，可以设置有用于冷却从压缩机主体140输送的高压工作气体的热交换器(未图示)。热交换器例如通过冷却水冷却工作气体。并且，该冷却水也可以用于冷却将压缩机主体140进行冷却的油。在高压配管144上也可以设置有在热交换器的上游及下游中的至少一方测定工作气体的温度的温度传感器。

[0068] 经由分油器154的工作气体通过高压配管144被送至吸附器156。吸附器156例如为了从工作气体中去除通过储罐150内的过滤器或分油器154等流路上的污染物去除机构未被去除的污染成分而设置。吸附器156例如通过吸附去除气化的油成分。

[0069] 排出埠148在高压配管144的末端设置于第1压缩机单元102的压缩机框体138。即，高压配管144连接压缩机主体140和排出埠148，在其中途设置有分油器154及吸附器156。经过吸附器156的工作气体通过排出埠148向低温泵10输送。

[0070] 第1压缩机单元102具备旁通机构152，该旁通机构152具有连接低压配管142和高压配管144的旁通配管158。在图示的实施例中，旁通配管158在储罐150与压缩机主体140之间从低压配管142分叉。并且，旁通配管158在分油器154与吸附器156之间从高压配管144分叉。

[0071] 旁通机构152具备控制阀，该控制阀用于对不会向低温泵10输送，而从高压配管144向低压配管142绕过的工作气体流量进行控制。在图示的实施例中，在旁通配管158的中途并列设置有第1控制阀(也称为均压阀)160及第2控制阀(也称为安全阀)162。均压阀160例如为常开型电磁阀。由此，若第1压缩机单元102的运转被停止(即，若对第1压缩机单元
102的供电停止)，则均压阀160被打开，低压配管142和高压配管144的压力变得相等。安全阀162例如为常闭型电磁阀。在本实施例中，安全阀162在第1压缩机单元102的运转中作为旁通配管158的流量控制阀而使用。

[0072] 第1压缩机单元102具备用于测定来自低温泵10的返回气体的压力的第1压力传感器164和用于测定对低温泵10的输送气体的压力的第2压力传感器166。在第1压缩机单元102的动作中，输送气体比返回气体更为高压，因此以下将第1压力传感器164及第2压力传感器166也有分别称为低压传感器及高压传感器。

[0073] 第1压力传感器164为了测定低压配管142的压力而设置，第2压力传感器166为了测定高压配管144的压力而设置。第1压力传感器164例如设置于储罐150，在储罐150中测定脉动被去除的返回气体的压力。第1压力传感器164也可以设置于低压配管142的任意的位置。第2压力传感器166设置于分油器154与吸附器156之间。第2压力传感器166也可以设置于高压配管144的任意的位置。

[0074] 另外，第1压力传感器164及第2压力传感器166可以设置于第1压缩机单元102的外部，例如也可以设置于第1吸入配管132及第1排出配管128。并且，旁通机构152也可以设置于第1压缩机单元102的外部，例如也可以由旁通配管158来连接第1吸入配管132和第1排出配管128。

[0075] 图3中示出的压缩机结构部136包括压缩机主体140、低压配管142、高压配管144、吸入埠146、排出埠148、储罐150、旁通机构152、分油器154、吸附器156、旁通配管158、均压阀160、安全阀162、第1压力传感器164、第2压力传感器166及压缩机马达172。这些构成要件收纳于压缩机框体138中。

[0076] 图4是有关本实施形态的低温泵系统1000的控制框图。图4表示与本发明的一实施方式相关的低温泵系统1000的主要部分。示出多个低温泵10中的一个的内部详细情况，关于其他低温泵10，因相同而省略图示。同样地，关于第1压缩机单元102，示出详细的情况，由于第2压缩机单元104与的相同，因此省略内部的图示。

[0077] 如上所述，CP控制器100以能够通信的方式连接于各低温泵10的IO模组50。IO模组50包括冷冻机变频器52及信号处理部54。冷冻机变频器52将从外部电源例如商用电源供给的规定的电压及频率的电力进行调整，并供给至冷冻机马达26。应供给至冷冻机马达26的电压及频率通过CP控制器100控制。

[0078] CP控制器100基于传感器输出信号来确定指令控制量。信号处理部54将从CP控制器100发送的指令控制量向冷冻机变频器52进行转送。例如信号处理部54将来自CP控制器100的指令信号变换成能够用冷冻机变频器52进行处理的信号，并发送到冷冻机变频器52。
指令信号包括表示冷冻机马达26的运行频率的信号。并且，信号处理部54将低温泵10的各种传感器的输出向CP控制器100进行转送。例如信号处理部54将传感器输出信号变换成能够用CP控制器100进行处理的信号，并发送到CP控制器100。

[0079] 在IO模组50的信号处理部54上连接有包括第1温度传感器23及第2温度传感器25的各种传感器。如上所述，第1温度传感器23测定冷冻机12的第1冷却台22的温度，第2温度传感器25测定冷冻机12的第2冷却台24的温度。第1温度传感器23及第2温度传感器25分别周期性地测定第1冷却台22及第2冷却台24的温度，并输出表示测定温度的信号。第1温度传感器23及第2温度传感器25的测定值每隔规定时间输入到CP控制器100，并储存和保存于CP控制器100的规定的存储区域中。

[0080] CP控制器100基于低温板的温度控制冷冻机12。CP控制器100对冷冻机12施以指令信号，以使低温板的实际温度追随目标温度。例如CP控制器100通过反馈控制生成冷冻机变频器指令信号，以使第1级低温板的目标温度与第1温度传感器23的测定温度的偏差最小。冷冻机变频器指令信号从CP控制器100经由IO模组50赋予到冷冻机变频器52。冷冻机变频器52根据冷冻机变频器指令信号控制冷冻机马达26的运行频率。冷冻机马达26的转速即冷冻机12的热循环的频率根据冷冻机马达26的运行频率而确定。第1级低温板的目标温度例如根据在真空腔室80中进行的程序被确定为规格。此时，冷冻机12的第2冷却台24及板结构体14冷却至依据冷冻机12的规格及来自外部的热负荷确定的温度。

[0081] 第1温度传感器23的测定温度比目标温度更为高温的情况下，CP控制器100为了增加冷冻机马达26的运行频率而向IO模组50输出冷冻机变频器指令信号。与马达运行频率的增加联动，冷冻机12中的热循环的频率也增加，冷冻机12的第1冷却台22朝目标温度冷却。相反地，在第1温度传感器23的测定温度比目标温度更为低温的情况下，冷冻机马达26的运行频率减少，从而冷冻机12的第1冷却台22朝目标温度升温。

[0082] 通常，第1冷却台22的目标温度被设定为恒定值。由此，在对低温泵10的热负荷增加时，CP控制器100输出冷冻机变频器指令信号以使冷冻机马达26的运行频率增加，在对低温泵10的热负荷减少时，输出冷冻机变频器指令信号以使冷冻机马达26的运行频率减少。另外，目标温度可以适当地变动，例如可以依次设定低温板的目标温度使得在排气对象容积达到作为目标的环境气体压力。并且，CP控制器100也可以控制冷冻机马达26的运行频率，以使第2级低温板的实际温度与目标温度一致。

[0083] 在典型的低温泵中，热循环的频率始终设为恒定。以比较大的频率进行运转的方式设定，以便能够从常温向泵动作温度急剧冷却，在来自外部的热负荷小的情况下，由加热器进行加热来调整低温板的温度。由此耗电量变大。与此相对，在本实施形态中，根据低温泵10的热负荷控制热循环频率，因此能够实现节能性优异的低温泵。并且，未必一定设置加热器，这也是有助于耗电量的减少。

[0084] CP控制器100以能够通信的方式连接于压缩机控制器168。本发明的一实施方式的低温泵系统1000的控制部由包括CP控制器100及压缩机控制器168的多个控制器构成。在其他一实施例中，低温泵系统1000的控制部可以通过单一的CP控制器100而构成，压缩机单元102、104中可以设置有IO模组来代替压缩机控制器168。此时，IO模组在CP控制器100与压缩机单元102、104的各构成要件之间转发控制信号。并且，压缩机控制器168可以构成CP控制器100的一部分。

[0085] 压缩机控制器168根据来自CP控制器100的控制信号，或与CP控制器100独立地，控制第1压缩机单元102。在一实施例中，压缩机控制器168从CP控制器100接收表示各种设定值的信号，并使用该设定值来控制第1压缩机单元102。压缩机控制器168根据传感器输出信号确定指令控制量。与CP控制器100同样地，压缩机控制器168具备执行各种运算处理的CPU、存储各种控制程序的ROM、作为用于存储数据或执行程序的工作区域而被利用的RAM、输入输出接口及存储器等。

[0086] 并且，压缩机控制器168将表示第1压缩机单元102的运转状态的信号发送到CP控制器100。表示运转状态的信号包括例如第1压力传感器164及第2压力传感器166的测定压力、安全阀162的开度或控制电流、压缩机马达172的运行频率等。

[0087] 第1压缩机单元102包括压缩机变频器170及压缩机马达172。压缩机马达172是使压缩机主体140进行动作且运行频率可变的马达，并设置于压缩机主体140。与冷冻机马达26同样地，作为压缩机马达172能够采用各种马达。压缩机控制器168生成压缩机变频器指令信号，并输出到压缩机变频器170。压缩机变频器170根据压缩机变频器指令信号控制压缩机马达172的运行频率。根据压缩机马达172的运行频率控制压缩机马达53的转速。压缩机变频器170根据压缩机变频器指令信号调整从外部电源例如商用电源供给的规定的电压及频率的电力，并供给至压缩机马达172。应供给至压缩机马达172的电压及频率依据压缩机变频器指令信号被确定。

[0088] 压缩机控制器168上连接有包括第1压力传感器164及第2压力传感器166的各种传感器。如上所述，第1压力传感器164周期性地测定压缩机主体140吸入侧的压力，第2压力传感器166周期性地测定压缩机主体140的排出侧的压力。第1压力传感器164及第2压力传感器166的测定值每隔规定时间输入到压缩机控制器168，并存储和保存于压缩机控制器168的规定的记忆区域。

[0089] 在压缩机控制器168上连接有上述安全阀162。用于驱动安全阀162的安全阀驱动器174附带设置于安全阀162，安全阀驱动器174连接于压缩机控制器168。压缩机控制器168生成安全阀指令信号，并输出到安全阀驱动器174。安全阀指令信号确定安全阀162的开度，安全阀驱动器174将安全阀162控制为该开度。由此，安全阀162设置于旁通配管158以根据安全阀指令信号控制旁通配管158的流量。安全阀驱动器174可以组装到压缩机控制器168。

[0090] 压缩机控制器168控制压缩机主体140，以使压缩机单元102的输入输出口之间的压差(以下，有时也称为压缩机压差)维持在目标压差。例如压缩机控制器168执行反馈控制，以便将压缩机单元102的输入输出口之间的压差设为恒定值。在一实施例中，压缩机控制器168由第1压力传感器164及第2压力传感器166的测定值求出压缩机压差。压缩机控制器168确定压缩机马达172的运行频率，以使压缩机压差与目标值一致。压缩机控制器168控制压缩机变频器170，以实现所述运行频率。另外，压差的目标值在执行压差恒定控制中可以变更。

[0091] 通过这种压差恒定控制，可实现进一步减少耗电量。在对低温泵10及冷冻机12的热负荷小的情况下，冷冻机12中的热循环频率通过上述低温板温度调整控制而变小。由此，在冷冻机12中所需工作气体量变小。此时，超过所需量的气体量可以从压缩机单元102被输送。由此，压缩机单元102的输入输出口间压差欲增大。然而，在本实施形态中，压缩机马达172的运行频率被控制成使压缩机压差恒定。此时，为了使压差朝向目标值减小，使压缩机马达172的运行频率变小。从而，如典型的低温泵，与始终以恒定的运行频率使压缩机运转的情况相比，能够减少耗电量。

[0092] 另一方面，在对低温泵10的热负荷变大时，压缩机马达172的运行频率增加，以使压缩机压差恒定。因此，由于能够充份地确保供给至冷冻机12的气体量，从而能够将由热负荷的增加引起的低温板温度从目标温度的背离抑制到最小限度。

[0093] 尤其，为了吸入工作气体而在高压侧打开阀门的时刻在多个冷冻机12中重合或极其接近时，所需气体的总量变大。例如使压缩机仅以恒定的排出流量运转的情况下，或者在压缩机的排出压力不充分的情况下，与先打开阀门而吸气的冷冻机相比，后打开阀门的冷冻机的被供给的气体量变小。多个冷冻机12之间的供给气体量的差异导致产生冷冻机12之间的冷冻能力的偏差。与该些情况相比，通过执行压差控制而能够充分地确保对冷冻机12的工作气体流量。压差控制不仅有助于节能性，而且也能够抑制多个冷冻机12之间的冷冻能力的偏差。

[0094] 图5是用于说明本发明的一实施方式的压缩机单元运转控制的控制流程的图。图5中示出的控制处理在低温泵10的运转中由压缩机控制器168以规定的周期反覆执行。该处理在各压缩机单元102、104各自的压缩机控制器168中与其他压缩机单元102、104独立地执行。图5中用虚线来区划表示压缩机控制器168中的运算处理的部分，用单点划线来区划表示压缩机单元102、104的硬件的动作的部分。

[0095] 压缩机控制器168具备控制量运算部176。控制量运算部176构成为例如运算至少用于压差恒定控制的指令控制量。该实施例中，所运算的指令控制量分配为压缩机马达172的运行频率和安全阀162的开度而执行压差恒定控制。其他一实施例中，可以仅将压缩机马达172的运行频率及安全阀162的开度中的一个作为指令控制量而执行压差恒定控制。如后述，控制量运算部176可以构成为运算用于压差恒定控制、排出压力控制及吸入压力的控制中的至少任一种控制的指令控制量。

[0096] 如图5所示，压缩机控制器168中预先设定并输入有目标压差ΔP0。目标压差例如设定于CP控制器100中，并赋予到压缩机控制器168。由第1压力传感器164测定吸入侧的测定压力PL，由第2压力传感器166测定排出侧的测定压力PH，并从各传感器赋予到压缩机控制器168。通常，第1压力传感器164的测定压力PL比第2压力传感器166的测定压力PH更为低压。

[0097] 压缩机控制器168具备偏差运算部178，该偏差运算部178从排出侧测定压力PH减去吸入侧测定压力PL而求出测定压差ΔP，进而，从设定压差ΔP0减去测定压差ΔP而求出压差偏差e。压缩机控制器168的控制量运算部176例如通过包括PD运算或PID运算的规定的控制量运算处理，并由压差偏差e算出指令控制量D。

[0098] 另外，如图示，压缩机控制器168可以独立于控制量运算部176而具备偏差运算部178，控制量运算部176可以具备偏差运算部178。并且，在控制量运算部176的后段可以设置有用于将指令控制量D进行规定时间乘法运算并赋予到输出分配处理部180的积分运算部。

[0099] 压缩机控制器168具备将指令控制量D分配为第1指令输出值D1和第2指令输出值D2的输出分配处理部180。输出分配处理部180根据指令控制量D值的大小确定第1指令输出值D1和第2指令输出值D2。输出分配处理部180参考输出分配表181，由此，由指令控制量D确定第1指令输出值D1和第2指令输出值D2。输出分配表181预先被准备并保存于输出分配处理部180或压缩机控制器168中。

[0100] 指令控制量D是相当于压缩机单元的目标流量的参数。指令控制量D表示为了实现目标压差ΔP0等目标压力而压缩机单元应输送的工作气体流量。另外，指令控制量D无需直接表示压缩机单元的目标流量本身。指令控制量D也可以是通过函数或表格而与压缩机单元的目标流量相关联的参数，或者与压缩机单元的目标流量相关的任意的参数。

[0101] 第1指令输出值D1是相当于压缩机马达172的运行频率指令值的参数。第1指令输出值D1也可以是根据函数或表格与运行频率指令值相关联的参数，或者与运行频率指令值相关的任意的参数。第2指令输出值D2是相当于安全阀162的开度指令值的参数。第2指令输出值D2可以是通过函数或表格与开度指令值相关联的参数，或者与开度指令值相关的任意的参数。

[0102] 压缩机控制器168具备由第1输出指令值D1生成压缩机变频器指令信号E的变频器指令部182、及由第2输出指令值D2生成安全阀指令信号R的安全阀指令部184。压缩机变频器指令信号E赋予到压缩机变频器170，并根据其指令控制压缩机主体140即压缩机马达172的运行频率。压缩机变频器指令信号E例如为表示运行频率指令值的电压信号或其他电信号。并且，安全阀指令信号R赋予到安全阀驱动器174，并根据其指令控制安全阀162的开度。安全阀指令信号R为表示安全阀162的开度指令值的电信号，例如为用于驱动螺线管线圈的脉冲输出信号。

[0103] 如此，压缩机控制器168确定安全阀指令信号R及压缩机变频器指令信号E，以使工作气体以目标流量从压缩机单元102、104供给至低温泵10(即，冷冻机12)。压缩机控制器168根据所确定的安全阀指令信号R控制安全阀162的开度。压缩机控制器168将安全阀指令信号R输出到安全阀驱动器174，由此，根据安全阀指令信号R打开安全阀162。并且，压缩机控制器168根据所确定的压缩机变频器指令信号E控制压缩机主体140的运行频率。压缩机控制器168将压缩机变频器指令信号E输出到压缩机变频器170，由此，压缩机马达172的运行频率根据压缩机变频器指令信号E被控制。

[0104] 根据压缩机主体140及安全阀162的动作状态及相关的配管或罐等的特性来确定作为工作气体的氦气的压力。由此确定的氦气压力通过第1压力传感器164及第2压力传感器166测定。

[0105] 如上所述，在各压缩机单元102、104中，通过各压缩机控制器168独立地执行压差恒定控制。压缩机控制器168执行反馈控制，以使压差偏差e最小化(优选设为零)。

[0106] 然而，图5所示的偏差e并不限定于压差的偏差。在一实施例中，压缩机控制器168可以执行由排出侧测定压力PH与设定压力的偏差来运算指令控制量的排出压力控制。此时，设定压力也可以是压缩机的排出侧压力的上限值。当排出侧测定压力PH大于该上限值时，压缩机控制器168可以由与排出侧测定压力PH的偏差来运算指令控制量。上限值例如可以基于保证低温泵10的排气能力的压缩机的最高排出压力适当地以经验性地或实验性地进行设定。

[0107] 由此，能够抑制排出压力过度上升，并能够进一步提高安全性。因此排出压力控制是用于压缩机单元的保护控制的一例。

[0108] 并且，在一实施例中，压缩机控制器168可以执行由吸入侧测定压力PL与设定压力的偏差来运算指令控制量的吸入压力的控制。此时，设定压力可以是压缩机的吸入侧压力的下限值。当吸入侧测定压力PL小于该下限值时，压缩机控制器168可以由与吸入侧测定压力PL的偏差来运算指令控制量。下限值可以基于例如保证低温泵10的排气能力的压缩机的最低吸入压力适当地以经验性地或实验性地进行设定。

[0109] 由此，能够抑制由伴随吸入压力的降低的工作气体流量的降低引起的压缩机主体的过度的温度上升。并且，在从工作气体的配管系统产生气体的泄漏的情况下，无需立即停止运转，也能够防止过度的压力降低，而且持续一定程度的期间的运转。由此，吸入压力的控制是用于压缩机单元的保护控制的一例。

[0110] 图6是示意性地例示本发明的一实施方式的输出分配表181的图。纵轴表示第1输出指令值D1(实线)及第2输出指令值D2(虚线)，横轴表示指令控制量D。第1输出指令值D1用实线来示出，第2输出指令值D2用虚线来示出。如上所述，第1输出指令值D1及第2输出指令值D2分别相当于运行频率指令值及开度指令值或分别与运行频率指令值及开度指令值相关，指令控制量D相当于压缩机单元的目标流量或与的相关。由此，输出分配表181表示压缩机马达172的运行频率指令值与压缩机单元的目标流量的关系、以及安全阀162的开度指令值与压缩机单元的目标流量的关系。

[0111] 第1输出指令值D1的可采用的值的范围预先限定于第1区间及第2区间。第1区间为下限值D1L至第1值D11的范围，第2区间为第2值D12至上限值D1U的范围。第1输出指令值D1与运行频率指令值相関，因此所图示的下限值D1L、第1值D11、第2值D12、上限值D1U分别与运行频率的下限值、第1值、第2值及上限值对应。

[0112] 由此，根据输出分配表181，运行频率的可采用的值的范围预先限定于下限值至第1值的第1运行频率区间、及第2值至上限值的第2运行频率区间。运行频率的下限值大于零，例如在20Hz至40Hz，或者在25Hz至35Hz之间，例如可以为30Hz。运行频率的上限值例如在
70Hz至90Hz，或者在75Hz至85Hz之间，例如可以为78Hz。运行频率的上限值及下限值例如作为压缩机的规格预先被确定。

[0113] 第1值D11至第2值D12的区间不被使用。对应于该区间的运行频率的第1值至第2值的不使用频率区间被确定为包括关于压缩机结构部136的至少一部分(例如低压配管142、高压配管144、旁通配管158等配管)的至少一个固有频率ω0。运行频率的第1值及第2值在下限值与上限值之间，第2值大于第1值。固有频率ω0根据设计者的经验性见解、实验或模拟试验而已知。第1值被确定为小于固有频率ω0的值，第2值被确定为大于固有频率ω0的值。

[0114] 将输出分配表181中指令控制量D的第1值d1、第2值d2、第3值d3、第4值d4与第1输出指令值D1的下限值D1L、第1值D11、第2值D12、上限值D1U建立对应关系。如此被指定的指令控制量D与第1输出指令值D1的组(即(d1、D1L)、(d2、D11)、(d3、D12)、(d4、D1U))彼此之间通过线性内插确定指令控制量D与第1输出指令值D1的关系。

[0115] 如图6所示，指令控制量D在最小值d0至第1值d1之间的情况下，第1输出指令值D1取下限值D1L。指令控制量D在第1值d1至第2值d2之间的情况下，第1输出指令值D1在下限值D1L与第1值D11之间，第1输出指令值D1与指令控制量D为线性或比例关系。指令控制量D在第2值d2至第3值d3之间的情况下，第1输出指令值D1取第2值D12。指令控制量D在第3值d3至第4值d4之间的情况下，第1输出指令值D1在第2值D12与上限值D1U之间，第1输出指令值D1与指令控制量D为线性或比例关系。

[0116] 根据这种指令控制量D与第1输出指令值D1的关系，输出分配表181中将压缩机主体140的下限排出流量、第1排出流量、第2排出流量及上限排出流量与运行频率的下限值、第1值、第2值、上限值建立对应关系。压缩机单元的目标流量小于下限排出流量的情况下，运行频率固定于下限值。在目标流量从下限排出流量向第1排出流量增加时，运行频率从下限值向第1值线性增加。若目标流量达到第1排出流量，则运行频率从第1值切换为第2值，并且不连续地增加。在目标流量从第1排出流量向第2排出流量增加时，运行频率固定于第2值。目标流量从第2排出流量向上限值增加时，运行频率从第2值向上限值线性增加。在目标流量减少时，运行频率以与之相反的形式发生变化。

[0117] 并且，输出分配表181中将指令控制量D的最小值d0、第1值d1、第2值d2、第3值d3、第4值d4与第2输出指令值D2的最大值D22、最小值D20、中间值D21、最小值D20、最小值D20建立对应关系。第2输出指令值D2的最大值D22可以对应于安全阀162的最大开度。第2输出指令值D2的最小值D20可以对应于安全阀162的关闭。第2输出指令值D2的中间值D21可以对应于安全阀162的某一中间开度。指令控制量D与第2输出指令值D2的组彼此之间通过线性内插确定指令控制量D与第2输出指令值D2的关系。

[0118] 如图6所示，指令控制量D在最小值d0至第1值d1之间的情况下，第2输出指令值D2在最大值D22与最小值D20之间，第2输出指令值D2与指令控制量D处于线性或比例关系。指令控制量D在第1值d1至第2值d2之间的情况下，第2输出指令值D2取最小值D20。指令控制量D在第2值d2至第3值d3之间的情况下，第2输出指令值D2在中间值D21与最小值D20之间，第2输出指令值D2与指令控制量D处于线性或比例关系。指令控制量D在第3值d3至第4值d4之间的情况下，第2输出指令值D2取最小值D20。

[0119] 根据这种指令控制量D与第2输出指令值D2的关系，输出分配表181中将压缩机主体140的排出流量与安全阀162的开度(即，旁通配管158的流量)建立对应关系。当压缩机单元的目标流量为零时，安全阀162被设为最大开度，当目标流量从零向下限排出流量增加时，安全阀162的开度逐渐变小。当目标流量从下限排出流量向第1排出流量增加时，安全阀162关闭。若目标流量达到第1排出流量，则安全阀162以中间开度打开。当目标流量从第1排出流量向第2排出流量增加时，安全阀162的开度逐渐变小。当目标流量从第2排出流量向上限值增加时，安全阀162关闭。当目标流量减少时，开度以与之相反的形式发生变化。

[0120] 通过参考这种输出分配表181，目标流量在第1排出流量与第2排出流量之间的情况下，压缩机控制器168以运行频率取第2值的方式确定变频器指令信号E。与此同时，压缩机控制器168确定安全阀指令信号R，以使旁通配管158的流量与从根据所述变频器指令信号得到的压缩机主体140的排出流量减去目标流量的差分流量一致。

[0121] 根据实施形态有关的压缩机单元，以包括压缩机结构部136的固有频率ω0的方式确定运行频率的不使用区间，因此不易产生基于压缩机主体140的动作的压缩机结构部136的共振。并且，以运行频率取第2值的方式确定变频器指令信号E，因此工作气体以对目标流量附加剩余流量(相当于上述差分流量)的总计流量从压缩机主体140排出到高压配管144。由于以旁通配管158的流量相当于其剩余流量的方式确定安全阀指令信号R，因此工作气体以剩余流量从高压配管144回收到低压配管142。由此，压缩机单元102、104能够以目标流量向冷冻机12供给工作气体。无需结构性的设计变更，便能够防止或缓和有可能在超低温冷冻机用变频器驱动的压缩机单元中产生的共振，并且能够确保所需排出流量。

[0122] 另外，目标流量在第1排出流量与第2排出流量之间的情况下，可以确定变频器指令信号E，以使运行频率设定于第2运行频率区间，以此来代替将运行频率固定于第2值。此时，运行频率取大于第2值的值，因此压缩机主体140的排出流量增加。通过增大安全阀162的开度并增加旁通配管158的流量能够抵消剩余流量。然而，运行频率小能够减少耗电量，因此如上所述，优选将运行频率设为第2值。

[0123] 并且，通过参考输出分配表181，目标流量在下限排出流量与第1排出流量之间的情况下，压缩机控制器168确定变频器指令信号E，以使运行频率设定于第1运行频率区间。与此同时，压缩机控制器168确定安全阀指令信号R，以使安全阀162关闭。此时，仅通过压缩机变频器170控制压缩机单元的排出流量。安全阀162不用于排出流量控制中。

[0124] 目标流量在第2排出流量与上限排出流量之间的情况下，压缩机控制器168确定变频器指令信号E，以使运行频率设定于第2运行频率区间。与此同时，压缩机控制器168确定安全阀指令信号R，以使安全阀162关闭。此时，仅通过压缩机变频器170控制压缩机单元的排出流量。安全阀162不用于排出流量控制中。

[0125] 目标流量在零与下限排出流量之间的情况下，压缩机控制器168确定变频器指令信号E，以使运行频率取下限值。与此同时，压缩机控制器168确定安全阀指令信号R，以使旁通配管158的流量与上述差分流量一致。此时，仅通过安全阀162控制压缩机单元的排出流量。

[0126] 在运行频率从第1值切换为第2值时，压缩机控制器可以对安全阀指令信号R和/或变频器指令信号E实施平滑化处理。平滑化处理能够采用例如低通滤波器或平均移动等的时间平滑化处理、其他任意的公知的平滑化处理。由此，能够防止或缓和由安全阀指令信号R和/或变频器指令信号E的不连续的变化引起的对氦气体流量的不良影响。

[0127] 以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施形态，而能够进行各种设计变更，能够实施各种变形例，并且这种变形例也属于本发明的范围，这对本领域技术人员来讲是可理解的。

[0128] 在一种实施方式中，CP控制器100可以控制压缩机单元102、104。CP控制器100可以具备压缩机控制器168。CP控制器100可以具备压缩机变频器170。CP控制器100可以具备安全阀驱动器174、控制量运算部176、偏差运算部178、输出分配处理部180、输出分配表181、变频器指令部182及安全阀指令部184中的至少一个。

[0129] 符号说明

[0130] 12-冷冻机，136-压缩机结构部，140-压缩机主体，142-低压配管，144-高压配管，158-旁通配管，168-压缩机控制器，170-压缩机变频器，172-压缩机马达

[0131] 产业上的可利用性

[0132] 本发明能够应用于用于超低温冷冻机的压缩机单元及低温泵系统。