超低温制冷机的制作方法
【专利说明】超低温制冷机
[0001]本申请主张基于2014年04月02日申请的日本专利申请第2014-076422号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
[0002]本发明涉及一种使用从压缩装置供给的高压制冷剂气体并使其西蒙膨胀而产生超低温寒冷的超低温制冷机。
【背景技术】
[0003]作为产生超低温的制冷机的一例，已知有吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon ；GM)制冷机。GM制冷机通过使置换器在缸体内往复移动而使膨胀空间的体积发生变化。并且对应该体积变化而选择性地连接膨胀空间与压缩机的吐出侧及吸气侧，从而使制冷剂气体在膨胀空间膨胀。通过此时产生的寒冷对冷却对象进行冷却。
[0004]专利文献1:日本特开2013-142479号公报
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种提高超低温制冷机的制冷性能的技术。
[0006]为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的超低温制冷机具备:置换器，具有内部空间，制冷剂气体在该内部空间流通；及缸体，以能够往复移动的方式容纳有置换器，在所述缸体与置换器的底面之间形成制冷剂气体的膨胀空间。置换器在缸体内从下止点移动到上止点的期间向膨胀空间供给制冷剂气体，置换器在缸体内从上止点移动到下止点的期间从膨胀空间回收制冷剂气体，置换器与膨胀空间之间的流路阻力构成为置换器处于下止点时比置换器处于上止点时小。
[0007]本发明的另一种实施方式也是超低温制冷机。该超低温制冷机具备:置换器，具有内部空间，制冷剂气体在该内部空间流通；缸体，以能够往复移动的方式容纳有置换器，在所述缸体与置换器的底面之间形成制冷剂气体的膨胀空间；及间隙，设置在置换器的侧壁与缸体的内壁之间，并作为连结置换器的内部空间和膨胀空间的制冷剂气体的流路。置换器在缸体内从下止点移动到上止点的期间向膨胀空间供给制冷剂气体，置换器在缸体内从上止点移动到下止点的期间从膨胀空间回收制冷剂气体，间隙构成为置换器在缸体内从下止点向上止点移动时，移动前半的流路阻力的平均值小于后半的流路阻力的平均值。
[0008]根据本发明，能够提供一种提高超低温制冷机的制冷性能的技术。
【附图说明】
[0009]图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的超低温制冷机的示意图。
[0010]图2是表示在第I实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于上止点UP的情况的示意图。
[0011]图3是表示在本发明的第2实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于下止点LP的情况的示意图。
[0012]图4是表示在本发明的第2实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于上止点UP的情况的示意图。
[0013]图5是表示在本发明的第3实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于下止点LP的情况的示意图。
[0014]图6是表示在本发明的第3实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于上止点UP的情况的示意图。
[0015]图7是表示在本发明的第4实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于下止点LP的情况的示意图。
[0016]图中:1-超低温制冷机，2-置换器，2a_主体部，2b_盖部，3-膨胀空间，4-缸体，5-冷却台，7-蓄冷器，8-室温室，9-上端侧整流器，10-下端侧整流器，11-上部开口，12-压缩机，13-供给阀，14-回流阀，15-密封件，16-排气口，17-旁通流路，18-第I开口部，19-第2开口部，20-第2旁通流路，21-止回阀。
【具体实施方式】
[0017]以GM制冷机为代表的具备置换器的制冷机中，为了使置换器在缸体内往复移动，在缸体与置换器之间设有间隙。在缸体的低温侧端部设有冷却台，该间隙的一部分作为在间隙内的制冷剂气体与冷却台之间进行换热的换热器发挥作用。
[0018]通常在这些制冷机中，在膨胀空间膨胀的制冷剂气体通过间隙从膨胀空间排出时，制冷剂气体与冷却台进行换热。另一方面，随着对冷却台进行冷却，供给至膨胀空间的制冷剂气体变得不是低温。因此，向膨胀空间供给制冷剂气体时，尽管制冷剂气体并不对制冷发挥作用，也通过流路阻力较大的间隙。这是制冷机的压力损失的原因之一，进而成为使制冷机的制冷性能下降的原因。因此，本发明的一种实施方式所涉及的制冷机构成为，置换器与膨胀空间之间的流路阻力在置换器处于下止点LP时比置换器处于上止点UP时小。
[0019]下面，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
[0020](第I实施方式)
[0021]图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的超低温制冷机I的示意图。第I实施方式所涉及的超低温制冷机I例如为将氦气用作制冷剂气体的吉福德-麦克马洪式制冷机。超低温制冷机I具备:置换器2、在与置换器2之间形成有膨胀空间3的缸体4、及与膨胀空间3相邻且以从外侧包围该膨胀空间的方式存在的有底圆筒状的冷却台5。冷却台5作为在冷却对象与制冷剂气体之间的进行换热的换热器发挥作用。置换器2包括主体部2a及在低温端的盖部2b。盖部2b可由与主体部2a相同的部件构成。并且，盖部2b也可由导热系数高于主体部2a的材质制成。如此一来，盖部2b还作为在与流经盖部2b内的制冷剂气体之间进行换热的导热部发挥作用。盖部2b例如使用铜、铝、不锈钢等导热系数至少大于主体部2a的材料。冷却台5例如由铜、铝、不锈钢等制成。
[0022]压缩机12从吸气侧回收低压制冷剂气体，并将其压缩之后向超低温制冷机I供给高压制冷剂气体。作为制冷剂气体例如可以使用氦气，但并不限定于此。
[0023]缸体4将置换器2容纳成能够沿长度方向往复移动。从强度、导热系数、氦隔离能力等观点考虑，缸体4例如使用不锈钢。
[0024]在置换器2的高温端设有往复驱动置换器2的未图示的止转棒轭机构，置换器2沿着缸体4的轴向往复移动。
[0025]置换器2具有圆筒状的外周面，在置换器2的内部填充有蓄冷材料。该置换器2的内部空间构成蓄冷器7。在蓄冷器7的上端侧及下端侧分别设有对氦气的流动进行整流的上端侧整流器9及下端侧整流器10。
[0026]在置换器2的高温端形成有使制冷剂气体从室温室8流向置换器2的上部开口Ilo室温室8为由缸体4和置换器2的高温端形成的空间，其容积随着置换器2的往复移动而发生变化。
[0027]室温室8上连接有将由压缩机12、供给阀13、回流阀14构成的吸排气系统相互连接的配管中的供排气共用配管。并且，在置换器2的偏靠高温端的部分与缸体4之间安装有密封件15。
[0028]在置换器2的低温端形成有向膨胀空间3导入制冷剂气体的制冷剂气体的排气口16。并且，在置换器2的外壁与缸体4的内壁之间设有作为连结置换器2的内部空间和膨胀空间3的制冷剂气体的流路的间隙C。
[0029]膨胀空间3为由缸体4和置换器2形成的空间，其容积随着置换器2的往复移动而发生变化。在缸体4的外周及底部的与膨胀空间3相对应的位置配置有与冷却对象热连接的冷却台5。制冷剂气体通过制冷剂气体的排气口 16及间隙C流入并供给至膨胀空间3。
[0030]从比重、强度、导热系数等观点考虑，置换器2的主体部2a例如使用酚醛树脂等。蓄冷材料例如由金属丝网等构成。另外，图1中示出超低温制冷机I运行中的状态。因此，由