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4月14日申请的日本专利申请第2014-083061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]本实用新型涉及一种积蓄从压缩装置供给的高压制冷剂气体西蒙膨胀而产生的寒冷，并产生所希望的超低温的寒冷的超低温制冷机。
【背景技术】
[0003]作为超低温制冷机，例如有专利文献I中记载的制冷机。置换器式超低温制冷机使置换器在缸体内部往复移动，并且使膨胀空间内的制冷剂气体膨胀而产生寒冷。并且，脉冲管式超低温制冷机使脉冲管内的气体活塞往复移动，并且使膨胀空间内的制冷剂气体膨胀而产生寒冷。制冷剂气体在膨胀空间产生的的寒冷被蓄冷器积蓄的同时被传递至冷却台并达到所希望的超低温，从而冷却与冷却台连接的冷却对象。
[0004]专利文献:日本特开2013-2217517号公报
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种提高超低温制冷机的效率的技术。
[0006]为了解决上述课题，本实用新型的一种实施方式为一种具备蓄冷器的超低温制冷机。该蓄冷器具备:容器；非磁性蓄冷材料，容纳于容器的高温侧的第I区域；磁性蓄冷材料，容纳于容器的低温侧的第2区域；及插入部件，容纳于第I区域。插入部件的导热系数在超低温制冷机工作期间的温度下为10[W/(m.K)]以下。
[0007]本实用新型的另一种实施方式也是一种超低温制冷机。该超低温制冷机具备高温侧蓄冷器及低温侧蓄冷器。低温侧蓄冷器具备:容器；非磁性蓄冷材料，容纳于容器的高温侧的第I区域；及磁性蓄冷材料，容纳于容器的低温侧的第2区域。容器的在第I区域的至少一部分区域中的与容器的轴垂直的平面上的截面积小于容器的在第2区域中的与容器的轴垂直的平面上的截面积，容器的导热系数在超低温制冷机工作期间的温度下为10[W/(m.K)]以下 ο
[0008]根据本实用新型的超低温制冷机，能够在维持制冷性能的同时减少蓄冷材料，从而能够提尚制冷机的效率。
【附图说明】
[0009]图1是示意地表示实施方式所涉及的超低温制冷机的整体结构的图。
[0010]图2是示意地表示实施方式所涉及的超低温制冷机所具备的膨胀器的内部结构的图。
[0011]图3是表示2.2MPa的氦气与0.SMPa的氦气各自的密度随温度变化及两者的密度差随温度变化的图。
[0012]图4是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器的温度分布的一例的图。
[0013]图5(a)及图5(b)是表示插入部件的大小与第I冷却台的温度及第2冷却台的温度之间的关系的图。
[0014]图6是表示在第2蓄冷器的高温侧区域以与上端的整流器热接触的方式插入有铜制部件时的冷却台随温度变化的图。
[0015]图7是表示40K下的铜、不锈钢及氟碳树脂的导热系数[W/(m.K)]的图。
[0016]图8是示意地表示实施方式的变形例所涉及的超低温制冷机所具备的膨胀器的内部结构的图。
[0017]图中:1_压缩机，Cl-第I间隙，C2-第2间隙，7-配管，7a_低压配管，7b_高压配管，8-电源电缆，9-冷却水配管连接部，10-膨胀器，11-第I缸体，12-第2缸体，13-第I置换器，14-第2置换器，15-销，16-连接器，17-销，18-第I蓄冷器，19、20-整流器，21-室温室，22-第I开口，23-供给阀，24-回流阀，25-密封件，26-第I膨胀空间，27-第2开口，28-第I冷却台，29、30-整流器，31-分隔件，32-高温侧区域，33-低温侧区域，34-第2蓄冷器，35-第2膨胀空间，36-第3开口，37-第2冷却台，38、39-盖部，40、41-压入销，42-插入部件，100-超低温制冷机。
【具体实施方式】
[0018]超低温制冷机通常具备压缩机及膨胀器。作为超低温制冷机的制冷剂气体，例如使用氦气。压缩机压缩低压(例如0.8MPa)的氦气，生成高压(例如2.2MPa)的氦气。在超低温附近，高压氦气的密度与低压氦气的密度的密度差的温度依存性较大，尤其当温度在8K左右时，其密度差变得最大。因此，实施方式所涉及的超低温制冷机所具备的蓄冷器中，为了实际上减小蓄冷器中的氦气的密度差变得最大的区域的体积，在低温制冷机的工作期间温度成为8K左右的区域容纳插入部件。并且，为了抑制上级的蓄冷器或膨胀空间的热量传递过来，该插入部件的导热系数设为在超低温制冷机工作期间的温度下为10[W/(m.K)]以下。
[0019]以下，参考附图对本实用新型的实施方式进行说明。
[0020]首先，对实施方式的超低温制冷机的整体结构进行说明。图1是示意地表示实施方式所涉及的超低温制冷机100的整体结构的图。如图1所示，超低温制冷机100具备:压缩机1、膨胀器10、配管7、电源电缆8及冷却水配管连接部9。
[0021]压缩机I对从膨胀器10回流的低压制冷剂气体进行压缩，并将被压缩的高压制冷剂气体供给至膨胀器10。膨胀器10使从压缩机I供给的高压制冷剂气体膨胀而产生寒冷。膨胀器10的详细内容将进行后述。
[0022]配管7与膨胀器10及压缩机I相连接，并使制冷剂气体在膨胀器10与压缩机I之间流通。配管7包含低压配管7a及高压配管7b。低压配管7a中流过从膨胀器10朝向压缩机I的低压制冷剂气体。另一方面，高压配管7b中流过从压缩机I朝向膨胀器10的高压制冷剂气体。
[0023]电源电缆8与压缩机I及膨胀器10相连接。电源电缆8用于从压缩机I供给成为膨胀器10的动力的电力。冷却水配管连接部9连接供冷却水流过的配管(未图示)。冷却水用于冷却压缩机I对制冷剂气体进行压缩而产生的压缩热，并向压缩机I的外部排热。
[0024]图2是示意地表示实施方式所涉及的超低温制冷机100所具备的膨胀器10的内部结构的图。实施方式中，作为超低温制冷机100例举出吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon ；GM)制冷机，并对其膨胀器10进行了说明。如图2所示，实施方式所涉及的超低温制冷机100具备2级式膨胀器10。因此，该膨胀器10具备第I缸体11及第2缸体12这两个缸体。
[0025]第I缸体11与第2缸体12形成为一体，分别具备高温端及低温端。第I缸体11的低温端与第2缸体12的高温端在第I缸体11的底部相连接。第2缸体12形成为沿与第I缸体11相同的轴向延伸的形态，是直径小于第I缸体11的圆筒部件。第I缸体11为以能够沿长度方向往复移动的方式容纳第I置换器13的容器，第2缸体12为以能够沿长度方向往复移动的方式容纳第2置换器14的容器。第I置换器13与第2置换器14例如经由销15、连接器16及销17连接。
[0026]在第I缸体11的高温端设置有使第I置换器13及第2置换器14往复移动的止转棒轭机构(未图示)。考虑到强度、导热系数、氦隔离能力等，第I缸体11、第2缸体12例如使用不锈钢。
[0027]并且，从比重、强度、导热系数等观点出发，第I置换器13例如使用夹布酚醛树脂等。第2置换器14为由不锈钢等金属制成的筒。在第2置换器14的外周面上可以形成氟化乙烯树脂等耐磨性树脂保护膜。
[0028]第I置换器13具有圆筒状的外周面，在第I置换器13的内部填充有由金属丝网等制成的第I蓄冷材料。第I置换器13的内部容积作为第I蓄冷器18发挥作用。在第I蓄冷器18的上部设置有整流器19，在下部设置有整流器20。室温室21为由第I缸体11及第I置换器13的高温端形成的空间，其容积随着第I置换器13的往复移动而发生变化。在第I置换器13的高温端形成有使制冷剂气体从室温室21流向第I置换器13的第I开P 22。
[0029]在室温室21中连接有将由压缩机1、供给阀23及回流阀24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，在第I置换器13的靠近高温端的部分与第I缸体11之间安装有密封件25。
[0030]第I膨胀空间26为由第I缸体11及第I置换器13形成的空间，其容积随着第I置换器13的往复移动而发生变化。在第I置换器13的低温端形成有使制冷剂气体经由第I间隙Cl导入第I膨胀空间26的第2开口 27。
[0031]在第I缸体11的外周中的与第I膨胀空间26相对应的位置配置有与冷却对象物热