CN113375359A - 超低温制冷机及超低温系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在超低温制冷机的制冷能力下降时使超低温制冷机与被冷却物自动分开的新型机构。超低温制冷机(100)能够安装于真空容器(23)，且其对液体制冷剂容器(21)进行冷却。超低温制冷机(100)具备：安装凸缘(106)，在将超低温制冷机安装于真空容器(23)的安装口(26)时，在安装凸缘与安装口之间形成制冷剂气体室(112)，并且安装凸缘基于制冷剂气体室的升压而能够朝向拆卸方向移动；及冷却台(110a、110b)，对配置于真空容器内的被冷却物进行冷却，并且伴随安装凸缘朝向拆卸方向移动而能够从与被冷却物接触的冷却位置移动到与被冷却物分开的非冷却位置。制冷剂气体室与液体制冷剂容器连通。

Description

超低温制冷机及超低温系统

本申请主张基于2020年2月25日申请的日本专利申请第2020-029619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及超低温系统。

背景技术

以往，已知有一种热开关，其能够切断或连接超低温制冷机与被冷却物(例如，超导线圈等)的热连接。在通过供电检测继电器检测到制冷机未运转的情况下，通过升降装置的驱动使冷头从被冷却物分离。

专利文献1：日本特开2016-211803号公报

发明内容

本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于，提供一种在超低温制冷机的制冷能力下降时能够使超低温制冷机与被冷却物自动分开的新的机构。

根据本发明的一种实施方式，超低温制冷机能够安装于真空容器，且其冷却液体制冷剂容器。超低温制冷机具备：安装凸缘，在将超低温制冷机安装于真空容器的安装口时，在安装凸缘与安装口之间形成制冷剂气体室，并且安装凸缘基于制冷剂气体室的升压而能够朝向拆卸方向移动；及冷却台，对配置于真空容器内的被冷却物进行冷却，并且伴随安装凸缘朝向拆卸方向移动而能够从与被冷却物接触的冷却位置移动到与被冷却物分开的非冷却位置。制冷剂气体室与液体制冷剂容器连通。

根据本发明的一种实施方式，超低温系统具备：液体制冷剂容器，配置于真空容器内，液体制冷剂容器具备从真空区域隔开液体制冷剂的容器壁和设置于容器壁的再冷凝部；及超低温制冷机，安装于真空容器，并且对液体制冷剂容器进行冷却。超低温制冷机具备：安装凸缘，在将超低温制冷机安装于真空容器的安装口时，在安装凸缘与安装口之间形成制冷剂气体室，并且安装凸缘基于制冷剂气体室的升压而能够朝向拆卸方向移动；及冷却台，配置于真空区域并对再冷凝部进行冷却，并且伴随安装凸缘朝向拆卸方向移动而能够从与再冷凝部接触的冷却位置移动到与再冷凝部分开的非冷却位置。制冷剂气体室与液体制冷剂容器连通。

另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件和表述在方法、装置、系统等之间相互置换的方式也作为本发明的实施方式而有效。

根据本发明，在超低温制冷机的制冷能力下降时能够使超低温制冷机与被冷却物自动分开。

附图说明

图1是概略地表示第1实施方式所涉及的超低温系统的图。

图2表示图1所示的超低温制冷机的冷却位置和非冷却位置。

图3是概略地表示第2实施方式所涉及的超低温制冷机的图。

图中：10-超低温系统，14-液体制冷剂，21-液体制冷剂容器，21a-容器壁，23-真空容器，24-真空区域，25-再冷凝部，26-安装口，100-超低温制冷机，106-安装凸缘，112-制冷剂气体室，113-制冷剂气体室形成面，114-制冷剂气体配管，116-止回阀，131-第1凸缘周面，132-第2凸缘周面，141-第1引导面，142-第2引导面，151-第1密封件，152-第2密封件，160-按压机构。

具体实施方式

以下，参考附图，对本发明的实施方式进行详细说明。在以下说明及附图中，对相同或相等的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当地省略重复说明。为了便于说明，在各附图中，适当设定各部的缩尺或形状，只要没有特别说明，其并不用于限定性解释。实施方式仅为示例，其对本发明的范围并不作任何限定。实施方式中记载的所有特征或其组合并非一定是发明的本质性内容。

图1是概略地表示第1实施方式所涉及的超低温系统10的图。超低温系统10构成为通过浸渍冷却对被冷却体12进行冷却。即，被冷却体12与超低温的液体制冷剂14进行热交换从而被冷却至超低温。被冷却体12的整体或一部分浸渍于液体制冷剂14中，从而与液体制冷剂14直接接触。或者，也可以在被冷却体12的内部和/或周围设置使液体制冷剂14流过的流路和/或配管，从而使液体制冷剂14和被冷却体12经由流路和/或配管进行热交换。

在该实施方式中，超低温系统10例如可以是磁共振成像(MRI)系统或具有超导电磁体等超导设备的超导系统的一部分，被冷却体12可以是超导线圈。液体制冷剂14例如是液氦。通过将超导线圈浸渍于液体制冷剂14中，超导线圈被冷却至表现出超导性的临界温度以下的超低温。

超低温系统10具备低温恒温器20和超低温制冷机100。低温恒温器20构成为在其内部提供超低温真空环境，且其容纳被冷却体12及液体制冷剂14，并将它们保持在超低温真空环境中。低温恒温器20搭载有用于冷却液体制冷剂14的超低温制冷机100。超低温制冷机100能够利用液体制冷剂14间接地冷却被冷却体12。

低温恒温器20具备液体制冷剂容器21、热屏蔽罩22及真空容器23。

液体制冷剂容器21构成为容纳被冷却体12及液体制冷剂14。或者，在被冷却体12上设置有使液体制冷剂14流过的流路和/或配管的情况下，液体制冷剂容器21可以用作液体制冷剂14的储槽，被冷却体12可以配置于液体制冷剂容器21的外部。由于液体制冷剂14通常使用液氦，因此液体制冷剂容器21还可以称为液氦槽。

液体制冷剂容器21配置于真空容器23内，且其具备从真空区域24隔开液体制冷剂14的容器壁21a和设置于容器壁21a上的再冷凝部25。超低温制冷机100从液体制冷剂容器21的外部冷却再冷凝部25。再冷凝部25具有暴露于液体制冷剂容器21的外侧且与超低温制冷机100接触的传热面25a。为了增加再冷凝部25的与液体制冷剂14接触的表面积，再冷凝部25可以在液体制冷剂容器21的内部具有凸片或凹凸。

作为示例性结构，液体制冷剂容器21可以具有容纳液体制冷剂14(及被冷却体12)的第1室和设置有再冷凝部25的第2室。第1室和第2室可以构成为彼此连通，以便能够使在第1室气化的液体制冷剂14的气体从第1室进入第2室并使在第2室再冷凝的液体制冷剂14从第2室返回到第1室。或者，再冷凝部25和液体制冷剂14也可以容纳在同一室内。

热屏蔽罩22配置在真空容器23内且配置于液体制冷剂容器21的周围。热屏蔽罩22构成为，从来自热屏蔽罩22的外部的辐射热保护液体制冷剂容器21及被冷却体12。

真空容器23构成为，从低温恒温器20的周围环境隔离在其内部形成的真空区域24。真空容器23上附设有用于将内部抽真空的真空泵(未图示)，或者真空容器23可以与真空泵连接。在真空容器23与热屏蔽罩22之间可以设置有由绝热材料形成的绝热层。真空容器23外部的周围环境可以是室温大气压环境。

真空容器23设置有用于将超低温制冷机100安装于真空容器23的安装口26。安装口26构成为，可拆卸地安装超低温制冷机100。安装时，将超低温制冷机100从安装口26插入真空容器23内，并将超低温制冷机100的低温部配置于真空容器23内，在该状态下，将超低温制冷机100的室温部安装于安装口26。

作为一例，安装口26形成于真空容器23的顶板或上部。超低温制冷机100以使其中心轴与铅垂方向一致的方式设置于低温恒温器20。然而，超低温制冷机100的安装姿势并不只限于此。超低温制冷机100可以以所期望的姿势设置，即，也可以以使其中心轴与倾斜方向或水平方向一致的方式配置于低温恒温器20。

低温恒温器20具备从真空容器23的安装口26朝向真空容器23内延伸的冷头套管27。冷头套管27以与超低温制冷机100同轴方式包围超低温制冷机100并向热屏蔽罩22延伸。冷头套管27的内侧也与真空容器23内的其他部位同样地成为真空区域24。在热屏蔽罩22侧的套管端部，安装有被超低温制冷机100冷却的传热台27a。传热台27a可以是热屏蔽罩22的一部分，或也可以经由适当的传热部件与热屏蔽罩22连接。在传热台27a的中心部形成有供超低温制冷机100插穿的开口。

另外，冷头套管27也可以在真空容器23内进一步延伸至比热屏蔽罩22更靠内侧，例如可以延伸至液体制冷剂容器21。此时，冷头套管27可以具有与再冷凝部25热连接的追加的传热台。该追加的传热台也可以被超低温制冷机100冷却，从而冷却再冷凝部25。

超低温制冷机100具备压缩机102和冷头104。压缩机102构成为，从冷头104回收超低温制冷机100的工作气体，并使所回收的工作气体升压后再次向冷头104供给工作气体。冷头104又被称为膨胀机或制冷机。由压缩机102和冷头104构成超低温制冷机100的制冷循环，由此，低温部14b被冷却至所希望的超低温。工作气体又被称为制冷剂气体，其通常使用氦气，但也可以使用其他适当的气体。

通常，从压缩机102供给至冷头104的工作气体的压力和从冷头104回收到压缩机102的工作气体的压力均远高于大气压，可以分别称为第1高压及第2高压。为了便于说明，将第1高压及第2高压分别简称为高压及低压。作为典型，高压例如为2～3MPa。低压例如为0.5～1.5MPa，例如为约0.8MPa。

冷头104具备安装于真空容器23的安装口26的安装凸缘106。并且，在该实施方式中，超低温制冷机100是二级式的吉福德-麦克马洪(Gifford-McM ahon；GM)制冷机，冷头104具备第1缸体108a、第2缸体108b、第1冷却台110a及第2冷却台110b。在将冷头104安装于真空容器23的状态下，这些缸体及冷却台配置于真空区域24。第1缸体108a配置于冷头套管27内，其将安装凸缘106连接于第1冷却台110a。第2缸体108b配置于热屏蔽罩22内，其将第1冷却台110a连接于第2冷却台110b。

第1冷却台110a被冷却至第1冷却温度，例如被冷却至小于100K的温度(例如30K～60K左右)，第2冷却台110b被冷却至低于第1冷却温度的第2冷却温度，例如被冷却至大约4K左右或其以下温度。

详细内容将在后面叙述，在将冷头104的安装凸缘106安装于真空容器23的安装口26时，在安装凸缘106与安装口26之间形成制冷剂气体室112。通过作用于制冷剂气体室112的压力，安装凸缘106能够在安装于真空容器23的安装口26的状态下相对于安装口26移动。

在该实施方式中，允许超低温制冷机100沿其中心轴的方向(图1中为上下方向)移动。上述冷头104的构成要件(即，安装凸缘106、第1缸体108a、第2缸体108b、第1冷却台110a及第2冷却台110b)彼此刚性连结。

因此，伴随相对于安装口26的安装凸缘106的相对移动，第1冷却台110a及第2冷却台110b也一体地移动。通过该相对移动，冷头104能够从冷却位置移动到非冷却位置，或从非冷却位置移动到冷却位置。

在冷却位置，冷头104的冷却台与真空容器23内的被冷却物接触。即，在冷却位置，第1冷却台110a与传热台27a接触，第2冷却台110b与再冷凝部25的传热面25a接触。因此，传热台27a及热屏蔽罩22能够被第1冷却台110a冷却至第1冷却温度，再冷凝部25被第2冷却台110b冷却至第2冷却温度。

另一方面，在非冷却位置，冷却台与被冷却物分开。即，在非冷却位置，第1冷却台110a从传热台27a分离，第2冷却台110b从再冷凝部25的传热面25a分离。因此，通过第1冷却台110a与传热台27a之间的真空，传热台27a及热屏蔽罩22能够与第1冷却台110a绝热。通过第2冷却台110b与传热面25a之间的真空，再冷凝部25能够与第2冷却台110b绝热。

在低温恒温器20上设置有将液体制冷剂容器21连接于制冷剂气体室112的制冷剂气体配管114。在液体制冷剂容器21内气化的液体制冷剂14的气体能够从液体制冷剂容器21通过制冷剂气体配管114而供给至制冷剂气体室112。作为一例，制冷剂气体配管114从安装凸缘106经过冷头套管27内并贯穿传热台27a(或热屏蔽罩22)后在热屏蔽罩22内延伸而到达液体制冷剂容器21。在该例子中，制冷剂气体配管114整体配置于真空容器23内(即，真空区域24)，但是，制冷剂气体配管114的一部分也可以经过真空容器23的外部而延伸至安装凸缘106(即，制冷剂气体室112)。

制冷剂气体配管114具备止回阀116，该止回阀116配置成能够从液体制冷剂容器21向制冷剂气体室112导入制冷剂气体。即，止回阀116以允许从液体制冷剂容器21流向制冷剂气体室112的气体流而阻断其相反方向的气体流的方式配置于制冷剂气体配管114上。在图1中，止回阀116配置于热屏蔽罩22内，但也可以配置在制冷剂气体配管114上的其他部位(例如，冷头套管27内或者真空容器23之外)。

并且，在低温恒温器20上设置有排气管路118，该排气管路118为了应对液体制冷剂容器21的内压的过度上升而能够向外部释放气体。排气管路118从制冷剂气体配管114分支后到达低温恒温器20的外部。排气管路118在制冷剂气体室112与止回阀116之间从制冷剂气体配管114分支。因此，排气管路118不仅能够从液体制冷剂容器21向低温恒温器20的外部释放气体，还能够从制冷剂气体室112向低温恒温器20的外部释放气体。另外，排气管路118从制冷剂气体配管114分支的位置也可以是制冷剂气体配管114上的任意部位。排气管路118也可以不与制冷剂气体配管114直接连接而是与制冷剂气体室112直接连接。

在排气管路118上设置有安全阀120。安全阀120构成为，在内压变得相对于外压高允许压力时开放。安全阀120可以构成为根据作用于出入口之间的压力差而电开放或机械开放的阀，或者安全阀120也可以是防爆膜。在图1中，安全阀120配置于低温恒温器20的外部，但也可以将其配置在排气管路118上的其他部位。

另外，制冷剂气体室112、制冷剂气体配管114及排气管路118等气化的液体制冷剂14的气体路径与用于使超低温制冷机100工作的压缩机102与冷头104之间的工作气体的循环回路分开。液体制冷剂14的气体不会流入冷头104的内部，或者冷头104内的工作气体不会流出到制冷剂气体室112或制冷剂气体配管114。

图2表示图1所示的超低温制冷机100。在图2中，为了便于对比理解，将位于冷却位置时的超低温制冷机100图示在右半部，将位于非冷却位置时的超低温制冷机100图示在左半部。

在将超低温制冷机100安装于真空容器23的安装口26时，如上所述，在安装凸缘106与安装口26之间形成制冷剂气体室112。安装凸缘106通过制冷剂气体室112的升压而能够朝向拆卸方向移动。第1冷却台110a及第2冷却台110b随着安装凸缘106朝向拆卸方向移动而能够从冷却位置移动到非冷却位置。

在该实施方式中，安装口26设置于真空容器23的上部，冷头104从该安装口26插入并安装于真空容器23，因此，“拆卸方向”在图中为朝向上方。冷头104的安装方向与拆卸方向彼此相反，因此，安装方向在图中为朝向下方。

安装凸缘106用于在将安装凸缘106安装于安装口26的情况下从外部的周围环境隔离真空容器23内的真空区域24，其作为真空凸缘而发挥作用。安装凸缘106具有随着从周围环境侧朝向真空区域24侧逐级缩径的台阶形状。暴露于周围环境的安装凸缘106的上部的直径最大。安装凸缘106的中间部的直径小于上部的直径，安装凸缘106的下部的直径小于中间部的直径。第1缸体108a的直径小于安装凸缘106的下部的直径。安装凸缘106的上部、中间部、下部均具有圆盘状的形状，且与第1缸体108a一同同轴配置于冷头104的中心轴上。在图中，上部、中间部、下部的厚度(轴向尺寸)依次逐级变大，但并不只限于此。

安装凸缘106具有第1凸缘周面131(安装凸缘106的中间部的外周面)和第2凸缘周面132(安装凸缘106的下部的外周面)。对应于这两个凸缘周面，安装口26具有第1引导面141和第2引导面142。第1凸缘周面131可滑动地与第1引导面141接触，第2凸缘周面132可滑动地与第2引导面142接触。滑动方向是冷头104的拆卸方向及安装方向(即，轴向)。第2凸缘周面132及第2引导面142的直径小于第1凸缘周面131及第1引导面141的直径。第1引导面141和第2引导面142也可以视为冷头套管27的一部分(例如，上端部)。

安装凸缘106具备第1密封件151和第2密封件152。第1密封件151保持在第1引导面141与第1凸缘周面131之间，从而从真空容器23的外部环境密封制冷剂气体室112。第2密封件152保持在第2引导面142与第2凸缘周面132之间，从而从真空容器23内的真空区域24密封制冷剂气体室112。第2密封件152的直径小于第1密封件151的直径。这两个密封件分别在对应的凸缘周面与引导面之间遍及整周而延伸从而呈圆环状。第1密封件151及第2密封件152使用运动用O形环或滑动密封件等动密封材料。如图所示，在该实施方式中，第1密封件151及第2密封件152分别安装于对应的凸缘周面，但也可以取而代之而采用安装于引导面的结构。只要能够适用，第1密封件151及第2密封件152也可以代替接触密封件而使用非接触密封件。

通过设置第1密封件151及第2密封件152，能够将制冷剂气体室112的压力保持为与周围环境及真空区域24不同的压力。在制冷剂气体室112接收到制冷剂气体的情况下，能够抑制制冷剂气体向周围环境及真空区域24泄漏。

并且，安装凸缘106具备连接第1凸缘周面131与第2凸缘周面132的制冷剂气体室形成面113。制冷剂气体室形成面113面向制冷剂气体室112，其面朝与安装凸缘106的拆卸方向相反的方向。在图示的例子中，制冷剂气体室形成面113是朝下的表面，其面朝冷却台侧。制冷剂气体室形成面113成为制冷剂气体室112的上表面(顶面)的至少一部分。制冷剂气体室形成面113例如是与冷头104的中心轴垂直的平面的一部分，其具有连接两个凸缘周面的圆环状的形状。由于第2凸缘周面132相对于第1凸缘周面131位于轴向上的下侧，因此制冷剂气体室形成面113连接第1凸缘周面131的下缘与第2凸缘周面132的上缘。

由于制冷剂气体室形成面113面朝与安装凸缘106的拆卸方向相反的方向，因此，通过制冷剂气体室112中的制冷剂气体的压力，朝向拆卸方向的力量作用于制冷剂气体室形成面113。在向制冷剂气体室112导入气体时，能够使提升冷头104的力量作用于安装凸缘106。

但是，制冷剂气体室形成面113并不只限于上述形状，也可以采用其他形状。制冷剂气体室形成面113也可以具有傾斜面和/或曲面，此时，基于制冷剂气体室112中的制冷剂气体的压力，具有安装凸缘106的拆卸方向成分的力量作用于制冷剂气体室形成面113。

另外，安装凸缘106也可以包含第1缸体108a的一部分(例如，上端部)。第1凸缘周面131、第2凸缘周面132及制冷剂气体室形成面113可以形成于第1缸体108a的上端部。

安装凸缘106具备按压机构160，该按压机构160朝向与拆卸方向相反的方向弹性按压安装凸缘106以使其按压向真空容器23。在该实施方式中，按压机构160具备多个支柱161和多个弹簧162。多个支柱161以包围安装口26的方式沿周向例如等间隔固定于真空容器23上。支柱161例如是螺栓，其紧固于位于安装口26的周围的螺栓孔中。在安装于真空容器23的安装凸缘106的上部，形成有供支柱161贯穿的孔或切口。安装凸缘106能够沿着支柱161移动。各弹簧162以被压缩在对应的支柱161的头部与安装凸缘106之间的状态安装于该支柱161上。由此，弹簧162能够产生向真空容器23按压安装凸缘106的弹力。

按压机构160能够抑制安装凸缘106朝向拆卸方向过度移动。如果安装凸缘106在图中以过大的行程朝向上方移动，则第1密封件151及第2密封件152会分别从第1引导面141及第2引导面142朝向上侧脱离，可能会出现密封功能受损的情况。然而，通过利用按压机构160向真空容器23按压安装凸缘106，能够将安装凸缘106的移动行程保持在适当的范围内。并且，在冷却状态下，按压机构160能够按压安装凸缘106从而将冷却台按压于被冷却物，这有助于减少冷却台与被冷却物之间的热阻。

另外，在冷头104的自重足够大的情况等能够利用重力使安装凸缘106按压于真空容器23的情况下，也可以不需要按压机构160。

以上，对实施方式所涉及的超低温系统10的结构进行了说明。接着，对其动作进行说明。

正常状态下，如图2的右侧所示，冷头104位于冷却位置。第1冷却台110a与传热台27a接触，第2冷却台110b与再冷凝部25的传热面25a接触。通过按压机构160及冷头104的自重，这些冷却台被按压于各自的被冷却物上(利用朝下的箭头示意性地图示)。传热台27a及热屏蔽罩22能够被第1冷却台110a冷却至第1冷却温度，再冷凝部25被第2冷却台110b冷却至第2冷却温度。

储存在液体制冷剂容器21中的液体制冷剂14冷却被冷却体12从而被气化。气化的液体制冷剂14的气体与再冷凝部25接触从而被冷却并再冷凝。如此，液体制冷剂容器21内的压力被保持为例如大气压或其他适当的压力。制冷剂气体室112的压力也被保持为例如大气压，或被调整为不与液体制冷剂容器21内的压力具有显著的压力差。因此，制冷剂气体配管114的止回阀116被关闭，制冷剂气体不会从液体制冷剂容器21流入制冷剂气体室112。

若超低温制冷机100的制冷能力下降(超低温制冷机100故障或暂时出现运转不稳定等)，则液体制冷剂容器21中的液体制冷剂14的气化得到促进，液体制冷剂容器21的压力可能会变得高于制冷剂气体室112的压力。若止回阀116基于该压力差而被打开，则制冷剂气体从液体制冷剂容器21通过制冷剂气体配管114供给至制冷剂气体室112，液体制冷剂容器21的压力导入到制冷剂气体室112。

如图2的左侧所示，通过制冷剂气体室112的升压，制冷剂气体室形成面113被上推，第1凸缘周面131及第2凸缘周面132分别相对于第1引导面141及第2引导面142滑动，安装凸缘106朝向拆卸方向移动。伴随安装凸缘106朝向拆卸方向移动，第1冷却台110a及第2冷却台110b也从冷却位置移动到非冷却位置(利用朝上的箭头示意性地图示)。在非冷却位置，第1冷却台110a与传热台27a分开，第2冷却台110b与再冷凝部25分开。通过冷却台与被冷却物之间的真空，被冷却物与冷头104绝热。

假设在超低温制冷机100丧失制冷能力或制冷能力显著降低的状况下不进行上述基于冷头104的提升的热连接的解除，则冷头104自身形成将低温恒温器20的周围环境与液体制冷剂容器21内的液体制冷剂14直接连接的实质性的传热路径。此时，侵入到液体制冷剂容器21及液体制冷剂14的热量会变得相当大。可能会出现液体制冷剂14的气化得到进一步促进使得液体制冷剂容器21的内部压力变得过高的风险。

然而，根据该实施方式，制冷剂气体对应于超低温制冷机100的制冷能力的下降而能够导入到制冷剂气体室112，从而能够使超低温制冷机100与被冷却物自动热切断。这样，能够抑制热量经过以冷头104为传热路径而侵入液体制冷剂14。液体制冷剂14的气化也变得缓慢，能够利用液体制冷剂14继续冷却被冷却体12一段时间。

例如，在被冷却体12为超导线圈的情况下，超低温制冷机100的制冷能力的下降会导致骤停，但是，利用基于液体制冷剂14的冷却，能够延迟骤停的发生。

在以往结构中的热开关中，检测制冷机的运转状态并利用电使驱动机构运转从而切断制冷机，因此需要具备这样的检测器及驱动机构。与此相对，根据该实施方式，能够以简单的结构实现热开关。由于利用随着超低温制冷机100的制冷能力的下降而自然产生的制冷剂气体及其升压，因此不需要专用的检测器及驱动机构。因此，即使在停电等意外情况下，也能够使超低温制冷机100与再冷凝部25等被冷却物分开。

止回阀116在其出入口之间有某一最小的压力差(以下，也称为开阀压)作用时打开，从而允许气体从液体制冷剂容器21流向制冷剂气体室112。止回阀116的开阀压也可以比冷头104上升时的制冷剂气体室112的压力更大。这样，在止回阀116打开的情况下，大于能够使冷头104上升的压力的压力立即会导入到制冷剂气体室112，因此能够响应性良好地提升冷头104。

利用排气管路118(通过打开安全阀120)能够释放升压的制冷剂气体室112的压力。如此，能够降低制冷剂气体室112的压力。能够使冷头104从非冷却位置返回到冷却位置。在设置有按压机构160的情况下，能够利用按压机构160的弹性按压力使冷头104自动返回到冷却位置。或者，也可以通过手动或动力将冷头104推回到冷却位置。

图3是概略地表示第2实施方式所涉及的超低温制冷机200的图。第2实施方式所涉及的超低温制冷机200与第1实施方式所涉及的超低温制冷机100的不同点在于液体制冷剂容器，其余部分则大致相同。以下，重点对不同的结构进行说明，对相同的结构则进行简单说明或者省略说明。

作为一例，超低温制冷机200是单级式的GM制冷机。超低温制冷机200的冷头204具备安装凸缘106和冷却台210。在将冷头204安装于真空容器23的安装口26时，如上所述，在安装凸缘106与安装口26之间形成制冷剂气体室112。安装凸缘106基于制冷剂气体室112的升压能够朝向拆卸方向移动。冷却台210能够伴随安装凸缘106朝向拆卸方向移动而从冷却位置移动到非冷却位置。

冷头204还具备液体制冷剂容器221和将液体制冷剂容器221连接于制冷剂气体室112的制冷剂气体配管114，液体制冷剂容器221固定于冷却台210上。在冷却台210通过超低温制冷机200的运行而被冷却时，液体制冷剂容器221被冷却台210冷却。在液体制冷剂容器221中容纳有在冷却台210的冷却温度下液化的液体制冷剂214(例如，液氮等)。在制冷剂气体配管114上也可以设置有止回阀116。

因此，在第2实施方式中，与第1实施方式同样，在超低温制冷机200的制冷能力下降的情况下，液体制冷剂214在液体制冷剂容器221中气化，由此制冷剂气体室112被升压。基于制冷剂气体室112的升压，冷头204能够从冷却位置上推至非冷却位置。

第2实施方式所涉及的超低温制冷机200也能够适用于所谓的传导冷却式的超低温冷却。众所周知，在传导冷却中，例如在对超导线圈等被冷却体进行冷却时，不使用液体制冷剂。被冷却体或与被冷却体连接的传热部件在冷却台210位于冷却位置时与冷却台210直接接触从而与其热连接，其不经由液体制冷剂而直接被冷却。在冷却台210位于非冷却位置时，冷却台210与被冷却体分开。

超低温制冷机200也可以采用二级式的GM制冷机。此时，液体制冷剂容器221可以固定于第2冷却台上。此时，液体制冷剂使用与第1实施方式相同的液氦即可。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应当可以理解，本发明并不只限定于上述实施方式，可以进行各种设计变更，并且能够存在各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。在一种实施方式中进行说明的各种特征也可以应用于其他实施方式中。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各实施方式的效果。

在上述实施方式中，作为一例，超低温制冷机100、200是单级式或二级式的吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机，但也可以使用脉管制冷机、斯特林制冷机或其他类型的超低温制冷机。

以上，根据实施方式并使用具体术语对本发明进行了说明，但是实施方式仅示出了本发明的原理及应用的一方式，在不脱离技术方案中所规定的本发明的思想的范围内，实施方式允许存在多个变形例或配置的变更。

Claims (8)

1.一种超低温制冷机，其能够安装于真空容器，且其对液体制冷剂容器进行冷却，所述超低温制冷机的特征在于，具备：

安装凸缘，在将所述超低温制冷机安装于所述真空容器的安装口时，在所述安装凸缘与所述安装口之间形成制冷剂气体室，并且所述安装凸缘基于所述制冷剂气体室的升压而能够朝向拆卸方向移动；及

冷却台，对配置于所述真空容器内的被冷却物进行冷却，并且伴随所述安装凸缘朝向所述拆卸方向移动而能够从与所述被冷却物接触的冷却位置移动到与所述被冷却物分开的非冷却位置，

所述制冷剂气体室与所述液体制冷剂容器连通。

2.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述安装凸缘具备：

第1凸缘周面，可滑动地与所述真空容器的第1引导面接触；

第2凸缘周面，可滑动地与所述真空容器的第2引导面接触，且其直径小于所述第1凸缘周面的直径；及

制冷剂气体室形成面，连接所述第1凸缘周面与所述第2凸缘周面，并且面朝与所述拆卸方向相反的方向。

3.根据权利要求2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述安装凸缘具备：

第1密封件，保持在所述第1引导面与所述第1凸缘周面之间，从而从所述真空容器的外部环境密封所述制冷剂气体室；及

第2密封件，保持在所述第2引导面与所述第2凸缘周面之间，从而从所述真空容器内的真空区域密封所述制冷剂气体室。

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，

所述安装凸缘具备按压机构，所述按压机构朝向与所述拆卸方向相反的方向弹性按压所述安装凸缘以使其按压向所述真空容器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，还具备：

所述液体制冷剂容器；及

制冷剂气体配管，将所述液体制冷剂容器连接于所述制冷剂气体室，

所述液体制冷剂容器固定于所述冷却台。

6.根据权利要求5所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述制冷剂气体配管具备止回阀，所述止回阀配置成能够使制冷剂气体从所述液体制冷剂容器进入所述制冷剂气体室。

7.一种超低温系统，其特征在于，具备：

液体制冷剂容器，配置于真空容器内，所述液体制冷剂容器具备从真空区域隔开液体制冷剂的容器壁和设置于所述容器壁的再冷凝部；及

超低温制冷机，安装于所述真空容器，并且对所述液体制冷剂容器进行冷却，所述超低温制冷机具备：

安装凸缘，在将所述超低温制冷机安装于所述真空容器的安装口时，在所述安装凸缘与所述安装口之间形成制冷剂气体室，并且所述安装凸缘基于所述制冷剂气体室的升压而能够朝向拆卸方向移动；及

冷却台，配置于所述真空区域并对所述再冷凝部进行冷却，并且伴随所述安装凸缘朝向所述拆卸方向移动而能够从与所述再冷凝部接触的冷却位置移动到与所述再冷凝部分开的非冷却位置，

所述制冷剂气体室与所述液体制冷剂容器连通。

8.根据权利要求7所述的超低温系统，其特征在于，

还具备制冷剂气体配管，所述制冷剂气体配管将所述液体制冷剂容器连接于所述制冷剂气体室，

所述制冷剂气体配管具备止回阀，所述止回阀配置成能够使制冷剂气体从所述液体制冷剂容器进入所述制冷剂气体室。

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