超低溫制冷機(jī)的制作方法
【專利說明】超低溫制冷機(jī)
[0001]本申請主張基于2014年4月14日申請的日本專利申請第2014-083061號(hào)的優(yōu)先權(quán)。該日本申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本實(shí)用新型涉及一種積蓄從壓縮裝置供給的高壓制冷劑氣體西蒙膨脹而產(chǎn)生的寒冷，并產(chǎn)生所希望的超低溫的寒冷的超低溫制冷機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]作為超低溫制冷機(jī)，例如有專利文獻(xiàn)I中記載的制冷機(jī)。置換器式超低溫制冷機(jī)使置換器在缸體內(nèi)部往復(fù)移動(dòng)，并且使膨脹空間內(nèi)的制冷劑氣體膨脹而產(chǎn)生寒冷。并且，脈沖管式超低溫制冷機(jī)使脈沖管內(nèi)的氣體活塞往復(fù)移動(dòng)，并且使膨脹空間內(nèi)的制冷劑氣體膨脹而產(chǎn)生寒冷。制冷劑氣體在膨脹空間產(chǎn)生的的寒冷被蓄冷器積蓄的同時(shí)被傳遞至冷卻臺(tái)并達(dá)到所希望的超低溫，從而冷卻與冷卻臺(tái)連接的冷卻對象。
[0004]專利文獻(xiàn):日本特開2013-2217517號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種提高超低溫制冷機(jī)的效率的技術(shù)。
[0006]為了解決上述課題，本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式為一種具備蓄冷器的超低溫制冷機(jī)。該蓄冷器具備:容器；非磁性蓄冷材料，容納于容器的高溫側(cè)的第I區(qū)域；磁性蓄冷材料，容納于容器的低溫側(cè)的第2區(qū)域；及插入部件，容納于第I區(qū)域。插入部件的導(dǎo)熱系數(shù)在超低溫制冷機(jī)工作期間的溫度下為10[W/(m.K)]以下。
[0007]本實(shí)用新型的另一種實(shí)施方式也是一種超低溫制冷機(jī)。該超低溫制冷機(jī)具備高溫側(cè)蓄冷器及低溫側(cè)蓄冷器。低溫側(cè)蓄冷器具備:容器；非磁性蓄冷材料，容納于容器的高溫側(cè)的第I區(qū)域；及磁性蓄冷材料，容納于容器的低溫側(cè)的第2區(qū)域。容器的在第I區(qū)域的至少一部分區(qū)域中的與容器的軸垂直的平面上的截面積小于容器的在第2區(qū)域中的與容器的軸垂直的平面上的截面積，容器的導(dǎo)熱系數(shù)在超低溫制冷機(jī)工作期間的溫度下為10[W/(m.K)]以下 ο
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的超低溫制冷機(jī)，能夠在維持制冷性能的同時(shí)減少蓄冷材料，從而能夠提尚制冷機(jī)的效率。
【附圖說明】
[0009]圖1是示意地表示實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
[0010]圖2是示意地表示實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)所具備的膨脹器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0011]圖3是表示2.2MPa的氦氣與0.SMPa的氦氣各自的密度隨溫度變化及兩者的密度差隨溫度變化的圖。
[0012]圖4是表示實(shí)施方式所涉及的第2蓄冷器的溫度分布的一例的圖。
[0013]圖5(a)及圖5(b)是表示插入部件的大小與第I冷卻臺(tái)的溫度及第2冷卻臺(tái)的溫度之間的關(guān)系的圖。
[0014]圖6是表示在第2蓄冷器的高溫側(cè)區(qū)域以與上端的整流器熱接觸的方式插入有銅制部件時(shí)的冷卻臺(tái)隨溫度變化的圖。
[0015]圖7是表示40K下的銅、不銹鋼及氟碳樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m.K)]的圖。
[0016]圖8是示意地表示實(shí)施方式的變形例所涉及的超低溫制冷機(jī)所具備的膨脹器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0017]圖中:1_壓縮機(jī)，Cl-第I間隙，C2-第2間隙，7-配管，7a_低壓配管，7b_高壓配管，8-電源電纜，9-冷卻水配管連接部，10-膨脹器，11-第I缸體，12-第2缸體，13-第I置換器，14-第2置換器，15-銷，16-連接器，17-銷，18-第I蓄冷器，19、20-整流器，21-室溫室，22-第I開口，23-供給閥，24-回流閥，25-密封件，26-第I膨脹空間，27-第2開口，28-第I冷卻臺(tái)，29、30-整流器，31-分隔件，32-高溫側(cè)區(qū)域，33-低溫側(cè)區(qū)域，34-第2蓄冷器，35-第2膨脹空間，36-第3開口，37-第2冷卻臺(tái)，38、39-蓋部，40、41-壓入銷，42-插入部件，100-超低溫制冷機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]超低溫制冷機(jī)通常具備壓縮機(jī)及膨脹器。作為超低溫制冷機(jī)的制冷劑氣體，例如使用氦氣。壓縮機(jī)壓縮低壓(例如0.8MPa)的氦氣，生成高壓(例如2.2MPa)的氦氣。在超低溫附近，高壓氦氣的密度與低壓氦氣的密度的密度差的溫度依存性較大，尤其當(dāng)溫度在8K左右時(shí)，其密度差變得最大。因此，實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)所具備的蓄冷器中，為了實(shí)際上減小蓄冷器中的氦氣的密度差變得最大的區(qū)域的體積，在低溫制冷機(jī)的工作期間溫度成為8K左右的區(qū)域容納插入部件。并且，為了抑制上級的蓄冷器或膨脹空間的熱量傳遞過來，該插入部件的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)為在超低溫制冷機(jī)工作期間的溫度下為10[W/(m.K)]以下。
[0019]以下，參考附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0020]首先，對實(shí)施方式的超低溫制冷機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是示意地表示實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)100的整體結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，超低溫制冷機(jī)100具備:壓縮機(jī)1、膨脹器10、配管7、電源電纜8及冷卻水配管連接部9。
[0021]壓縮機(jī)I對從膨脹器10回流的低壓制冷劑氣體進(jìn)行壓縮，并將被壓縮的高壓制冷劑氣體供給至膨脹器10。膨脹器10使從壓縮機(jī)I供給的高壓制冷劑氣體膨脹而產(chǎn)生寒冷。膨脹器10的詳細(xì)內(nèi)容將進(jìn)行后述。
[0022]配管7與膨脹器10及壓縮機(jī)I相連接，并使制冷劑氣體在膨脹器10與壓縮機(jī)I之間流通。配管7包含低壓配管7a及高壓配管7b。低壓配管7a中流過從膨脹器10朝向壓縮機(jī)I的低壓制冷劑氣體。另一方面，高壓配管7b中流過從壓縮機(jī)I朝向膨脹器10的高壓制冷劑氣體。
[0023]電源電纜8與壓縮機(jī)I及膨脹器10相連接。電源電纜8用于從壓縮機(jī)I供給成為膨脹器10的動(dòng)力的電力。冷卻水配管連接部9連接供冷卻水流過的配管(未圖示)。冷卻水用于冷卻壓縮機(jī)I對制冷劑氣體進(jìn)行壓縮而產(chǎn)生的壓縮熱，并向壓縮機(jī)I的外部排熱。
[0024]圖2是示意地表示實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)100所具備的膨脹器10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。實(shí)施方式中，作為超低溫制冷機(jī)100例舉出吉福德-麥克馬洪(Gifford-McMahon ；GM)制冷機(jī)，并對其膨脹器10進(jìn)行了說明。如圖2所示，實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)100具備2級式膨脹器10。因此，該膨脹器10具備第I缸體11及第2缸體12這兩個(gè)缸體。
[0025]第I缸體11與第2缸體12形成為一體，分別具備高溫端及低溫端。第I缸體11的低溫端與第2缸體12的高溫端在第I缸體11的底部相連接。第2缸體12形成為沿與第I缸體11相同的軸向延伸的形態(tài)，是直徑小于第I缸體11的圓筒部件。第I缸體11為以能夠沿長度方向往復(fù)移動(dòng)的方式容納第I置換器13的容器，第2缸體12為以能夠沿長度方向往復(fù)移動(dòng)的方式容納第2置換器14的容器。第I置換器13與第2置換器14例如經(jīng)由銷15、連接器16及銷17連接。
[0026]在第I缸體11的高溫端設(shè)置有使第I置換器13及第2置換器14往復(fù)移動(dòng)的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)(未圖示)?？紤]到強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、氦隔離能力等，第I缸體11、第2缸體12例如使用不銹鋼。
[0027]并且，從比重、強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等觀點(diǎn)出發(fā)，第I置換器13例如使用夾布酚醛樹脂等。第2置換器14為由不銹鋼等金屬制成的筒。在第2置換器14的外周面上可以形成氟化乙烯樹脂等耐磨性樹脂保護(hù)膜。
[0028]第I置換器13具有圓筒狀的外周面，在第I置換器13的內(nèi)部填充有由金屬絲網(wǎng)等制成的第I蓄冷材料。第I置換器13的內(nèi)部容積作為第I蓄冷器18發(fā)揮作用。在第I蓄冷器18的上部設(shè)置有整流器19，在下部設(shè)置有整流器20。室溫室21為由第I缸體11及第I置換器13的高溫端形成的空間，其容積隨著第I置換器13的往復(fù)移動(dòng)而發(fā)生變化。在第I置換器13的高溫端形成有使制冷劑氣體從室溫室21流向第I置換器13的第I開P 22。
[0029]在室溫室21中連接有將由壓縮機(jī)1、供給閥23及回流閥24構(gòu)成的吸排氣系統(tǒng)相互連接的配管中的供排氣共用配管。并且，在第I置換器13的靠近高溫端的部分與第I缸體11之間安裝有密封件25。
[0030]第I膨脹空間26為由第I缸體11及第I置換器13形成的空間，其容積隨著第I置換器13的往復(fù)移動(dòng)而發(fā)生變化。在第I置換器13的低溫端形成有使制冷劑氣體經(jīng)由第I間隙Cl導(dǎo)入第I膨脹空間26的第2開口 27。
[0031]在第I缸體11的外周中的與第I膨脹空間26相對應(yīng)的位置配置有與冷卻對象物熱