CN104848575A - 超低温制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够维持超低温制冷机所产生的寒冷的平均温度，并且降低温度振幅的超低温制冷机。在所述超低温制冷机中，第2置换器(3)具有低温端及高温端。第2缸体(8)将第2置换器(3)以能够沿长边方向往复移动自如的方式容纳，并且在与第2置换器(3)的低温端之间形成制冷剂气体的膨胀空间即第2膨胀空间(26)。缓冲部(35)与第2膨胀空间(26)相邻配置，并且与第2膨胀空间(26)连通。缓冲部(35)的体积为第2膨胀空间(26)体积的30％以下。

Description

超低温制冷机

本申请主张基于2014年2月17日申请的日本专利申请第2014-027654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

本发明涉及一种超低温制冷机，该超低温制冷机利用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对冷却对象进行冷却。

背景技术

作为超低温制冷机，例如有专利文献1中记载的制冷机。置换器式超低温制冷机中，使置换器在缸体内部往复运动的同时使膨胀空间内的制冷剂气体膨胀，从而产生寒冷。并且，脉冲管式超低温制冷机中，使脉冲管内的气体活塞往复运动的同时使膨胀空间内的制冷剂气体膨胀，从而而产生寒冷。在膨胀空间内产生的制冷剂气体的寒冷由蓄冷器积蓄的同时传递到冷却台而达到所希望的超低温，从而对连接于冷却台的冷却对象进行冷却。另外，作为制冷剂气体，例如使用氦气。

专利文献1：日本特开2008-224161号公报

这些超低温制冷机可用作例如在医疗领域等中用于生成诊断图像的MRI(核磁共振：Magnetic Resonance Imaging)或NMR(核磁共振：NuclearMagnetic Resonance)中的超导磁铁的冷却装置。除此之外还可以用于SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)元件或红外传感器等的冷却。因此，若超低温制冷机所产生的寒冷产生温度波动，则有可能成为因温度不稳定而引起的诊断设备或传感器的性能下降或噪声增加的主要原因。当然，为了维持诊断设备或传感器的性能，还应当将超低温制冷机所产生的寒冷的平均温度维持为较低状态。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够维持超低温制冷机所产生的寒冷的平均温度，并且降低温度振幅的技术。

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，具有低温端及高温端；缸体，将置换器以能够沿长边方向往复移动自如的方式容纳，并且在缸体与置换器的低温端之间形成制冷剂气体的膨胀空间；缓冲部，与膨胀空间相邻配置，并且与膨胀空间连通。缓冲部的体积为膨胀空间的体积的30％以下。

根据本发明能够提供维持超低温制冷机所产生的寒冷的平均温度，并且降低温度振幅的技术。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的超低温制冷机的一例的示意图。

图2是表示氦及各种金属材料在超低温区域中的比热随温度变化的图。

图3(a)～图3(c)是表示实施方式所涉及的缓冲部的图。

图4是以表格形式表示相对于缓冲部的体积测定出第2冷却台的平均温度及温度波动振幅的实验结果的图。

图5是表示第2冷却台的温度随时间变化的图。

图6是表示脉冲管式超低温制冷机的示意图。

图中：1-超低温制冷机，C1-第1间隙，P1-第1连接点，V1-蓄冷器供给阀，2-第1置换器，C2-第2间隙，P2-第2连接点，V2-蓄冷器回流阀，3-第2置换器，P3-第3连接点，V3-第1供给阀，4-销，V4-第1回流阀，5-连接器，V5-第2供给阀，6-销，V6-第2回流阀，7-第1缸体，V7-流量控制阀，8-第2缸体，V8-流量控制阀，9-第1蓄冷器，10、11-整流器，12-室温室，13-第1开口，14-压缩机，15-供给阀，16-回流阀，17-密封件，18-第1膨胀空间，19-第2开口，20-第1冷却台，21、22-整流器，23-分隔件，24-高温侧区域，25-低温侧区域，26-第2膨胀空间，27-第3开口，28-第2冷却台，29、30-盖部，31、32-压入销，34-第2蓄冷器，35-缓冲部，36-突出部，101-超低温制冷机，102-第1蓄冷器，103-第2蓄冷器，104-第1脉冲管，105-第2脉冲管，107-压缩机，108、109-分支管，110-第1供排气共同配管，111-第2供排气共同配管，112-第3供排气共同配管，113-第1整流换热器，114-第2整流换热器，115-第3整流换热器，116-第4整流换热器，117-冷却台，118-第1低温端连结管，119-第2低温端连结管，124-高温侧区域，125-低温侧区域。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

首先，参考图1对实施方式所涉及的超低温制冷机1的概要进行说明。图1是表示实施方式所涉及的超低温制冷机1的一种实施方式的示意图。实施方式所涉及的超低温制冷机1为例如将氦气用作制冷剂气体的吉福德-麦克马洪(GM)式的超低温制冷机。如图1所示，超低温制冷机1具备：第1置换器2；与第1置换器2在长边方向上连结的第2置换器3。第1置换器2与第2置换器3例如经由销4、连接器5及销6连接。

第1缸体7与第2缸体8形成为一体，并且分别具备高温端及低温端。第1缸体7的低温端与第2缸体8的高温端在第1缸体7的底部连接。第2缸体8为以与第1缸体7在同一轴向上延伸的方式形成，并且直径小于第1缸体7的直径的圆筒部件。第1缸体7为将第1置换器2以能够在长边方向上往复移动的方式容纳的容器。并且，第2缸体8为将第2置换器3以能够在长边方向上往复移动的方式容纳的容器。

考虑到强度、导热系数、氦隔离能力等，第1缸体7及第2缸体8例如使用不锈钢。第2置换器3的外周部为由不锈钢等金属制成的筒。在第2置换器3的外周面上可形成氟化乙烯树脂等耐磨性树脂的保护膜。

在第1缸体7的高温端设置有往复驱动第1置换器2及第2置换器3的止转棒轭机构(未图示)。第1置换器2及第2置换器3分别沿着第1缸体7及第2缸体8往复移动。第1置换器2及第2置换器3分别具备高温端及低温端。

第1置换器2具有圆筒状的外周面，在第1置换器2的内部填充有第1蓄冷材料。第1置换器2的内部容积作为第1蓄冷器9发挥作用。在第1蓄冷器9的上部设置有整流器10，在下部设置有整流器11。在第1置换器2的高温端形成有使制冷剂气体从室温室12流向第1置换器2的第1开口13。

室温室12为由第1缸体7和第1置换器2的高温端形成的空间。室温室12的容积随着第1置换器2的往复移动发生变化。在室温室12上连接有将由压缩机14、供给阀15及回流阀16构成的吸排气系统相互连接的配管中的供排气共同配管。并且，第1置换器2的偏靠高温端的部分与第1缸体7之间安装有密封件17。

在第1置换器2的低温端形成有将制冷剂气体经由第1间隙C1导入到第1膨胀空间18的第2开口19。第1膨胀空间18为由第1缸体7和第1置换器2形成的空间。第1膨胀空间18的容积随着第1置换器2的往复移动发生变化。在第1缸体7的外周中与第1膨胀空间18相对应的位置配置有与未图示的冷却对象热连接的第1冷却台20。第1冷却台20被流过第1间隙C1的制冷剂气体冷却。

第2置换器3具有圆筒状的外周面。第2置换器3的内部被上端的整流器21、下端的整流器22、位于上下中间的分隔件23在轴向上分成两级。在第2置换器3的内部容积中的比分隔件23更靠高温侧的高温侧区域24填充有例如由铅或铋等非磁性材料制成的第2蓄冷材料。在分隔件23的低温(下级)侧的低温侧区域25填充有与高温侧区域24不同的蓄冷材料，例如由HoCu₂等磁性材料制成的第3蓄冷材料。铅或铋、HoCu₂等形成为球状，多个球状形成物聚集而构成蓄冷材料。分隔件23防止高温侧区域24的蓄冷材料与低温侧区域25的蓄冷材料混合。该第2置换器3的内部容积即高温侧区域24和低温侧区域25作为第2蓄冷器34发挥作用。第1膨胀空间18和第2置换器3的高温端由连接器5周围的连通路连通。制冷剂气体经由该连通路从第1膨胀空间18流向第2蓄冷器34。

在第2置换器3的低温端形成有用于使制冷剂气体经由第2间隙C2流向第2膨胀空间26的第3开口27。第2膨胀空间26为由第2缸体8和第2置换器3形成的空间。第2膨胀空间26的容积随着第2置换器3的往复移动发生变化。第2间隙C2由第2缸体8的低温端和第2置换器3形成。

在第2缸体8的外周的与第2膨胀空间26相对应的位置配置有与冷却对象热连接的第2冷却台28。第2冷却台28被流过第2间隙C2的制冷剂气体冷却。

从比重、强度、导热系数等观点考虑，作为第1置换器2例如使用夹布酚醛树脂等。第1蓄冷材料例如由金属丝网等构成。并且，通过毛毡及金属丝网在轴向上夹持例如铅、铋等球状的第2蓄冷材料而构成第2置换器3。另外，如上所述，可通过分隔件将第2置换器3的内部容积分割成多个区域。

第1置换器2及第2置换器3可在低温端分别具备盖部29及盖部30。从与置换器主体接合的观点考虑，盖部29及盖部30具有两级的圆柱形形状。盖部29通过压入销31固定于第1置换器2，盖部30通过压入销32固定于第2置换器3。

接着，对实施方式所涉及的超低温制冷机1的动作进行说明。在制冷剂气体供给工序的某一时间点，第1置换器2及第2置换器3位于第1缸体7及第2缸体8的下止点。若与此同时或者在稍微错开的时刻打开供给阀15，则高压氦气(例如，2.2MPa的氦气)经由供给阀15从供排气共同配管供给至第1缸体7内，并从位于第1置换器2上部的第1开口13流入到第1置换器2内部的第1蓄冷器9中。流入到第1蓄冷器9中的高压氦气被第1蓄冷材料冷却的同时，经由位于第1置换器2下部的第2开口19及第1间隙C1供给至第1膨胀空间18。

供给到第1膨胀空间18的高压氦气经由连接器5周围的连通路流入到第2置换器3内部的第2蓄冷器34中。流入到第2蓄冷器34中的高压氦气被第2蓄冷材料冷却的同时，经由位于第2置换器3下部的第3开口27及第2间隙供给至第2膨胀空间26。

如此，第1膨胀空间18及第2膨胀空间26被高压氦气充满，供给阀15被关闭。此时，第1置换器2及第2置换器3位于第1缸体7及第2缸体8内的上止点。若与此同时或者在稍微错开的时刻打开回流阀16，则第1膨胀空间18及第2膨胀空间26内的制冷剂气体被减压并膨胀，成为低压氦气(例如0.8MPa的氦气)。此时，通过制冷剂气体的膨胀而产生寒冷。通过膨胀成为低温的第1膨胀空间18的氦气经由第1间隙C1吸收第1冷却台20的热量。并且，第2膨胀空间26的氦气经由第2间隙C2吸收第2冷却台28的热量。

第1置换器2及第2置换器3朝向下止点移动，从而第1膨胀空间18及第2膨胀空间26的容积减少。第2膨胀空间26内的氦气经由第2间隙C2、第3开口27、第2蓄冷器34及连通路返回到第1膨胀空间18。并且，第1膨胀空间18内的氦气经由第2开口19、第1蓄冷器9及第1开口13返回到压缩机14的吸入侧。此时，第1蓄冷材料、第2蓄冷材料及第3蓄冷材料被制冷剂气体冷却。即，第1蓄冷材料、第2蓄冷材料及第3蓄冷材料积蓄通过制冷剂气体的膨胀而产生的寒冷。将该工序作为1个循环，超低温制冷机1重复进行该制冷循环，由此对第1冷却台20及第2冷却台28进行冷却。另外，超低温制冷机1的制冷循环的频率为几赫兹到几十赫兹左右。

以上，参考图1对实施方式所涉及的超低温制冷机1的概要进行了说明。在上述说明中，为了简化说明，省略了对实施方式所涉及的超低温制冷机1所具备的缓冲部的说明。以下，对实施方式所涉及的超低温制冷机1所具备的缓冲部进行详细说明。

如上所述，超低温制冷机1通过重复进行制冷循环来对第1冷却台20及第2冷却台28进行冷却。在此期间，第2冷却台28达到4K左右的超低温。因此，用超低温制冷机1冷却超导磁铁或各种传感器时，使作为这些冷却对象的电子设备与第2冷却台28接触。

第2冷却台28在超低温制冷机1的制冷循环中，被在第2膨胀空间26内膨胀的制冷剂气体所产生的寒冷冷却。因此，第2冷却台28的温度随着超低温制冷机1的制冷循环而周期性变动。其结果，与第2冷却台28热接触的电子设备的温度也周期性变动。该温度变动有可能成为降低电子设备的性能的主要原因。

因此，实施方式所涉及的超低温制冷机1具备与第2膨胀空间26相邻且与第2膨胀空间26连通的缓冲部。由于缓冲部与第2膨胀空间26连通，因此与第2膨胀空间26共用制冷剂气体。存在于该缓冲部的制冷剂气体作为降低第2膨胀空间26内的制冷剂气体的温度变化的所谓热缓冲或缓冲件发挥作用。以下，对缓冲部的结构及其作用进行说明。另外，当超低温制冷机1为具有3级以上的置换器的多级式超低温制冷机时，可以与在最低温侧的置换器与缸体之间形成的膨胀空间相邻设置缓冲部。

图2是表示氦及各种金属材料在超低温区域中的比热随温度变化的图。更具体而言，图2是将金属材料及氦的温度作为横轴，将金属材料的比热作为纵轴绘制的图表。如图2所示，在20K以下的超低温的温度区域中，铜等金属材料的比热急剧下降。另一方面，即使在这种温度区域中，氦的比热高于金属材料的比热。

图3(a)～图3(c)是表示实施方式所涉及的缓冲部35的放大了图1中的第2缸体8及其周边的图。如图3(a)～图3(c)所示，将容纳作为制冷剂气体的氦气的缓冲部35设置成与第2膨胀空间26相邻，由此第2膨胀空间26的容积增加。由于在缓冲部35积存有氦气，因此包括第2膨胀空间26及缓冲部的制冷部的热容量增加。其结果，第2冷却台28的温度振幅也下降。

图3(a)是表示在第2置换器3设置缓冲部35时的图。更具体而言，在图3(a)中，缓冲部35设置于配置在第2置换器3的低温端的盖部30。如图3(a)所示，缓冲部35具有一端开口且另一端封闭的短管形状。在此，缓冲部35的一端朝向与第2膨胀空间26相邻的方向开放。并且，缓冲部35的另一端通过第2置换器3的盖部30封闭。另外，图1表示具备图3(a)所示的缓冲部35的超低温制冷机1。

图3(a)所示的缓冲部35随着第2置换器3的往复移动而往复移动。当第2置换器3位于下止点时，第2膨胀空间26的体积几乎为0。另一方面，即使第2置换器3位于下止点，缓冲部35也能够积存氦气。

如图3(a)所示，缓冲部35的一端朝向第2膨胀空间26开放得较大。因此，第2膨胀空间26与缓冲部35之间的氦气的流路阻力较小。因此，氦气能够在短时间内迅速流过第2膨胀空间26与缓冲部35之间。因此，第2膨胀空间26内的氦气与缓冲部35内的氦气的温度差极小。这也是能够抑制第2冷却台28的温度变化的原因。

超低温制冷机1通常用作其他测量装置的一部分，因此超低温制冷机1的大小尤其是其全长最好不要变大。如图3(a)所示，由于缓冲部35设置于已有的第2置换器3的低温端侧的盖部30，因此，即使追加了缓冲部35，超低温制冷机1的大小也不会发生变化，或者即使发生变化也能够将其增加抑制得较小。

图3(b)是表示在第2缸体8设置缓冲部35时的图。如图3(b)所示，在第2缸体8的底部及外周的与第2膨胀空间26相对应的位置设置有第2冷却台28。第2冷却台28为具有沿着与第2缸体8的长轴垂直的方向突出的突出部36的凸缘形状的部件。图3(b)所示的缓冲部35设置于第2冷却台28的突出部36内。

第2冷却台28例如由铜等导热系数高的金属制成。图3(a)所示的第2冷却台28中，在与第2缸体8的底部及外周相对应的部位塞满金属。另一方面，在图3(b)所示的第2冷却台28的与第2缸体8的底部及外周相对应的部位设置有空洞，能够积存氦气。

图3(b)中，以符号30’表示的虚线表示第2置换器3位于下止点时的盖部30的位置。如图3(b)所示，即使第2置换器3位于下止点，也能够在设置于第2冷却台28的突出部36内的缓冲部35积存氦气。因此，如图3(b)所示，缓冲部35为截面呈环形状的空心短管形状。其中，该短管形状为内径侧的侧面朝向第2膨胀空间26开放，另一侧面被第2冷却台28的外周部封闭的形状。

与图3(a)所示的缓冲部35同样，由于图3(b)所示的缓冲部35也设置于已有的第2冷却台28，因此，即使追加了缓冲部35，超低温制冷机1的大小也不会发生变化。即使由于设置缓冲部35而超低温制冷机1的大小发生了变化，也能够将其增加抑制得较小。

与图3(b)同样，图3(c)表示在第2缸体8设置缓冲部35时的图。在图3(c)所示的例子中，第2冷却台28的形状与图3(b)所示的例子相同。即，第2冷却台28的与第2缸体8的底部及外周相对应的部位设置有空洞。在此，图3(b)所示的例子与图3(c)所示的例子的不同点在于，第2置换器3位于下止点时的盖部30的位置。

在图3(c)所示的例子中，以符号30’表示的虚线也表示第2置换器3位于下止点时的盖部30的位置。在图3(c)所示的例子中，第2置换器3即使位于下止点，也不会到达设置于第2缸体8内部的空洞。因此，在图3(c)所示的例子中，将第2冷却台28的突出部36内的空间与第2冷却台28中的设置于与第2缸体8的底部相对应的位置的空间合并的空间作为缓冲部35发挥作用。

因此，在图3(c)所示的例子中，缓冲部35为短管形状，是在与第2膨胀空间26接触的一端的一部分上设有开口部的形状。该开口部朝向第2膨胀空间26开放。并且，缓冲部35的另一端被第2冷却台28的外周部封闭。图3(c)所示的缓冲部35的作用效果与上述图3(b)所示的缓冲部35相同。另外，作为缓冲部35，可以组合使用图3(a)所示的形状和图3(b)或图3(c)所示的形状。

如上所述，通过在超低温制冷机1设置缓冲部35，能够降低第2冷却台28中的温度变化的振幅。在此，缓冲部35所容纳的氦气越多，即缓冲部35的体积越大，越能够降低第2冷却台28中的温度变化的振幅。

在此，若加大缓冲部35的体积，则第2缸体8内流入大量的氦气。其结果，第1缸体7内的氦气减少。若第1缸体7内的氦气减少，则第1缸体7中的氦气的压差变小。这导致在第1膨胀空间18中产生的寒冷变小，从而导致第1缸体7的低温端的温度上升。即，对于加大缓冲部35的体积而受到的影响，第1缸体7比第2缸体8更敏感，因而这种情况比第2缸体8先发生在第1缸体7。若增加缓冲部35的体积，则首先第1缸体7的低温端的温度上升。

如上所述，第1缸体7的低温端与第2缸体8的高温端在第1缸体7的底部连接。因此，第1缸体7的低温端的温度上升意味着第2缸体8的高温端的温度上升。最终导致第2缸体8的低温端的温度也上升。

因此，即使能够降低第2冷却台28中的温度变化的振幅，但只要第2冷却台28的平均温度上升，则无法达到对冷却对象进行冷却的原本的目的，因此没有任何意义。综上所述，不优选无限制地增加缓冲部35的体积。

图4是以表格形式示出相对于缓冲部35的体积测定出第2冷却台28的平均温度及温度波动振幅的实验结果的图。在图4中，“缓冲容积/膨胀室容积”表示缓冲部35的体积与第2膨胀空间26的体积的比例。在此，“第2膨胀空间26的体积”表示第2置换器3位于上止点时的体积与位于下止点时的体积之差。该体积也可以说是第2置换器3的低温端在第2缸体8中移动的区域的体积。

在图4中，“2级温度”表示第2冷却台28的温度变化的平均值(平均温度)，其单位为K(开尔文)。并且，“温度振幅”表示第2冷却台28的温度变化的振幅，其单位为mK(毫开尔文)。

如图4所示，本发明的发明人通过实验证实了，即使将缓冲部35的体积设成第2膨胀空间26的体积的大约四分之一(0.23)，第2冷却台28的平均温度也不会上升。同样，本发明的发明人通过实验证实了，缓冲部35的体积相对于第2膨胀空间26的体积越增加，第2冷却台28的温度变化的振幅越减少。

本发明的发明人推断，缓冲部35的体积到第2膨胀空间26的体积的大约三分之一(35％)左右为止，第2冷却台28的平均温度不会上升，或者即使上升也在容许范围内。根据发明人的研究，缓冲部35的体积优选为第2膨胀空间26体积的30％左右，或者更低。并且，如图4所示，即使将缓冲部35的体积设为第2膨胀空间26体积的10％左右(0.12)，也能够得到使第2冷却台28的温度变化的振幅降低的效果。只要缓冲部35能够积存少许氦气，理论上可得到抑制第2冷却台28的温度变化的振幅的效果。根据发明人的研究，只要缓冲部35的体积为第2膨胀空间26体积的5％以上，更优选为10％以上，就能够有效地抑制第2冷却台28的温度变化的振幅。

图5是表示第2冷却台28的温度随时间变化的图。图5是将时间作为横轴，将第2冷却台28的温度作为纵轴绘制的图表。图5中，以虚线表示的图表表示不具有缓冲部35的已有类型的超低温制冷机1中的第2冷却台28的温度随时间的变化。这与图4中的实验A相对应。另一方面，图5中以实线表示的图表表示在图3(a)所示的位置具备缓冲部35的超低温制冷机1中的第2冷却台28的温度随时间的变化。在此，缓冲部35的体积为0.353cc，与图4中的实验B相对应。

如图5所示，通过在以往类型的超低温制冷机1设置缓冲部35，能够抑制第2冷却台28的温度变化的振幅。具体而言，若比较图5中以虚线表示的已有类型的超低温制冷机1中的第2冷却台28的温度变化和以实线表示的实施方式所涉及的超低温制冷机1中的第2冷却台28的温度变化，则前者的最低到达温度低于后者的最低到达温度，且前者的最高到达温度高于后者的最高到达温度。如图5所示，即使在超低温制冷机1设置缓冲部35，第2冷却台28的平均温度，即振幅的中心也几乎不变。另外，与实施方式所涉及的超低温制冷机1相比，以往类型的超低温制冷机1的最低到达温度更低，这是因为实施方式所涉及的超低温制冷机1在维持平均温度的同时降低了温度振幅而导致的。

以上，示出了在置换器式制冷机设置实施方式所涉及的缓冲部35的情况，但本发明也能够适用于脉冲管式制冷机。以下，对将本发明适用于脉冲管式制冷机时的情况进行叙述。

图6是表示脉冲管式超低温制冷机101的示意图。如图6所示，脉冲管式超低温制冷机101具备：第1蓄冷器102、第2蓄冷器103、第1脉冲管104及第2脉冲管105。第1蓄冷器102、第1脉冲管104及第2脉冲管105各自的高温端分别经由与高温端相对应的第1供排气共同配管110、第2供排气共同配管111及第3供排气共同配管112分别连接于从压缩机107的吐出侧三分支的分支管108及从吸入侧三分支的分支管109。

在分支管108的与第1供排气共同配管110相连的第1连接点P1之前配置有蓄冷器供给阀V1。在分支管108的与第2供排气共同配管111相连的第2连接点P2之前配置有第1供给阀V3。并且，在分支管108的与第3供排气共同配管112相连的第3连接点P3之前配置有第2供给阀V5。

在分支管109的与第1供排气共同配管110相连的第1连接点P1之前配置有蓄冷器回流阀V2。在分支管109的与第2供排气共同配管111相连的第2连接点P2之前配置有第1回流阀V4。在分支管109的与第3供排气共同配管112相连的第3连接点P3之前配置有第2回流阀V6。

在第2供排气共同配管111的第1脉冲管104的高温端与第2连接点P2之间配置有流量控制阀V7。并且，在第3供排气共同配管112的第2脉冲管105的高温端与第3连接点P3之间配置有流量控制阀V8。这些流量控制阀作为脉冲管内产生的气体活塞的相位调整机构发挥作用。并且，也能够使用节流孔来代替流量控制阀。

在第1脉冲管104的高温端配置有第1整流换热器113，在低温端配置有第2整流换热器114。在第2脉冲管105的高温端配置有第3整流换热器115，在低温端配置有第4整流换热器116。

第1脉冲管104的低温端与第1蓄冷器102的低温端通过冷却台117热连接。第1脉冲管104的低温端与第1蓄冷器102的低温端通过位于冷却台117的内部的第1低温端连结管118连接成能够使制冷剂气体流通。第2脉冲管105的低温端与第2蓄冷器103的低温端通过第2低温端连结管119连接成能够使制冷剂气体流通。

并且，在脉冲管式超低温制冷机101中，第2蓄冷器103的内部与上述置换器式第2蓄冷器34相同，包括上级的具有非磁性材料的高温侧区域124及下级的具有磁性材料的蓄冷材料的低温侧区域125。由高温侧区域124与低温侧区域125相结合而构成第2蓄冷器103。

上述结构的脉冲管式超低温制冷机101中，在高压制冷剂气体的供给过程中，若开启第1供给阀V3与第2供给阀V5，则制冷剂气体经由分支管108及第2供排气共同配管111或者第3供排气共同配管112流入到第1脉冲管104及第2脉冲管105的低温端。

并且，若开启蓄冷器供给阀V1，则制冷剂气体从压缩机107经过分支管108及第1供排气共同配管110，从第1蓄冷器102流入到第1脉冲管104的低温端，并且通过第2蓄冷器103流向第2脉冲管105的高温端。

另一方面，在低压制冷剂气体的回收过程中，若开启第1回流阀V4或第2回流阀V6，则第1脉冲管104或第2脉冲管105内的制冷剂气体从各自的高温端通过第2供排气共同配管111或第3供排气共同配管112及分支管109，回收至压缩机107。并且，若开启蓄冷器回流阀V2，则第1脉冲管104内的制冷剂气体从低温端经由第1蓄冷器102、第1供排气共同配管110、分支管109回收至压缩机107。同样地，第2脉冲管105内的制冷剂气体经由第2蓄冷器103、第1蓄冷器102、第1供排气共同配管110、分支管109回收至压缩机107。

在脉冲管式超低温制冷机101中，通过同福进行作为被压缩机107压缩的工作流体的氦气等制冷剂气体流入到第1蓄冷器102、第2蓄冷器103、第1脉冲管104、第2脉冲管105的动作及工作流体从第1脉冲管104、第2脉冲管105、第1蓄冷器102、第2蓄冷器103流出并回收至压缩机107的动作，在蓄冷器及脉冲管的低温端形成寒冷。并且，通过使冷却对象与这些低温端热连接，能够从冷却对象吸收热量。

在脉冲管式超低温制冷机101中具备：与第2蓄冷器103的低温侧区域125相邻且与第2蓄冷器103的低温侧区域125连通的缓冲部。其效果与置换器式超低温制冷机1相同。另外，图6中示出，在脉冲管式超低温制冷机101中，在第2蓄冷器103的低温侧区域125的下部设置缓冲部35的状态。更具体而言，在第2蓄冷器103中的比与第2低温端连结管119连接的部位更靠下侧的位置设置了缓冲部35。该缓冲部35为一端打开且另一端封闭的短管形状的容器，一端朝向与第2蓄冷器103的低温侧区域125相邻的方向，另一端被容器的底部封闭。缓冲部35也可以是设置于容纳第2蓄冷器103的缸体的低温侧端部的未配置有蓄冷材料的空间。

另外，图6中示出，在第2蓄冷器103的低温侧区域125与缓冲部35的边界具备第2低温端连结管119的状态，但第2低温端连结管119的连接部位并不限定于此。只要是比低温侧区域125更靠缓冲部35侧的区域，第2低温端连结管119可以设置于任何位置。

如上所述，根据本发明的具备缓冲部35的超低温制冷机，能够维持所产生的寒冷的平均温度，并且能够降低温度振幅。

以上对本发明的最佳实施例进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施例，在不脱离本发明的范围内，能够对上述实施例实施各种变形及替换。

例如，在上述超低温制冷机中示出了级数为两级的情况，但该级数能够适当地选择为三级以上。并且，在实施方式中，对超低温制冷机为置换器式的GM制冷机或脉冲管式的例子进行了说明，但并不限定于此。例如，本发明也可以适用于斯特林制冷机、苏尔威制冷机等。

Claims (6)

1.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：

置换器，具有低温端及高温端；

缸体，将所述置换器以能够在长边方向上往复移动自如的方式容纳，并且在所述缸体与所述置换器的低温端之间形成制冷剂气体的膨胀空间；及

缓冲部，与所述膨胀空间相邻配置，并且与所述膨胀空间连通，

所述缓冲部的体积为所述膨胀空间的体积的30％以下。

2.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述缓冲部设置于所述置换器。

3.根据权利要求2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述置换器在低温端具备盖部，

所述缓冲部具有一端开放且另一端封闭的短管形状，并且所述缓冲部的一端朝向与所述膨胀空间相邻的方向，另一端被所述盖部封闭。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述缓冲部设置于所述缸体。

5.根据权利要求4所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述缸体在底部及外周的与所述膨胀空间相对应的位置具备凸缘形状的冷却台，所述冷却台具有朝向与所述缸体的长轴垂直的方向突出的突出部，

所述缓冲部设置于所述冷却台的突出部内。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述超低温制冷机为具备多个置换器的多级式超低温制冷机，

所述缓冲部与在最低温侧的置换器与缸体之间形成的膨胀空间相邻配置。