JP6685990B2 - Dilution refrigerator - Google Patents

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Description

本発明は、希釈冷凍機に関する。   The present invention relates to a dilution refrigerator.

ヘリウムガスの同位体(He及びHe)の物理的性質を利用する希釈冷凍機が知られている(特許文献1及び非特許文献1)。希釈冷凍機はHe及びHeを液化し、混合室内でHeをHeに連続的に希釈することで、0.1K程度の極低温を達成している。特許文献1に記載の希釈冷凍機のように、従来の希釈冷凍機はGM冷凍機等の機械式冷凍機を用いて数K程度までHeを予冷したのちに、混合室にHeを供給している。 Dilution refrigerators that utilize the physical properties of isotopes ( 3 He and 4 He) of helium gas are known (Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). Dilution refrigerator liquefies the 3 He and 4 He, the 3 He in 4 He By serially diluted in the mixing chamber, has achieved cryogenic about 0.1 K. Like the dilution refrigerator described in Patent Document 1, a conventional dilution refrigerator uses a mechanical refrigerator such as a GM refrigerator to precool 3 He to several K and then supply 3 He to the mixing chamber. is doing.

希釈冷凍機は一般に大型である。図2は従来の希釈冷凍機の構成を示す模式図である。
図2に示す希釈冷凍機101は、真空容器110と第1の輻射シールド120と第2の輻射シールド130と第3の輻射シールド140と第1の熱交換器126と第2の熱交換器127と混合室142と分留配管150とを有する。さらに第1の輻射シールド120の上端にはフランジ120Bが設けられ、第2の輻射シールド130の上端にはフランジ131が設けられている。希釈冷凍機101では、機械式冷凍機を用いてフランジ120B及びフランジ131を4〜40K程度に冷却することで、第1の輻射シールド120内と第2の輻射シールド130内と第3の輻射シールド140内とをこの順で段階的に冷却している。そして、希釈冷凍機101は混合室142の近傍のコールドヘッドで極低温を達成する。
Dilution refrigerators are generally large. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional dilution refrigerator.
The dilution refrigerator 101 shown in FIG. 2 includes a vacuum container 110, a first radiation shield 120, a second radiation shield 130, a third radiation shield 140, a first heat exchanger 126, and a second heat exchanger 127. And a mixing chamber 142 and a fractionation pipe 150. Further, a flange 120B is provided on the upper end of the first radiation shield 120, and a flange 131 is provided on the upper end of the second radiation shield 130. In the dilution refrigerator 101, by cooling the flange 120B and the flange 131 to about 4 to 40K using a mechanical refrigerator, the inside of the first radiation shield 120, the inside of the second radiation shield 130, and the third radiation shield. The inside of 140 is gradually cooled in this order. Then, the dilution refrigerator 101 achieves an extremely low temperature in the cold head near the mixing chamber 142.

ところが機械式冷凍機は、ヘリウムガスの圧縮及び膨張を周期的に繰り返すことから、必然的に振動が発生してしまう。希釈冷凍機を用いて電子顕微鏡等の分析装置の検出器を冷却する場合、機械式冷凍機の振動がコールドヘッドを介して分析装置に伝播すると、分析装置の分析精度及び分析感度が損なわれてしまうおそれがある。例えば、希釈冷凍機で数ミリ角のX線検出器を冷却する場合、X線検出器の位置が1mmずれただけでも試料の蛍光X線を検出できなくなり、X線検出器の位置を再調整する必要が生じる。   However, mechanical refrigerators inevitably generate vibrations because the compression and expansion of helium gas are repeated periodically. When cooling the detector of an analyzer such as an electron microscope using a dilution refrigerator, if the vibration of the mechanical refrigerator propagates to the analyzer via the cold head, the analysis accuracy and sensitivity of the analyzer will be impaired. There is a risk that For example, when cooling a few millimeter square X-ray detector with a dilution refrigerator, even if the position of the X-ray detector deviates by 1 mm, fluorescent X-rays of the sample cannot be detected, and the position of the X-ray detector is readjusted. Need to do.

さらに、希釈冷凍機101は、図2に示すように、鉛直方向の同軸上に延在する複数の輻射シールドを貫くように分留配管150が鉛直方向に配置される構造を採用しているため、大型である。希釈冷凍機101において機械式冷凍機の振動の除去を目的として、除振装置を併用する場合にあっては、装置構成がさらに大型化するため、従来の希釈冷凍機にあっては分析装置への適用が困難であった。   Further, as shown in FIG. 2, the dilution refrigerator 101 employs a structure in which the fractional distillation pipe 150 is vertically arranged so as to penetrate a plurality of radiation shields extending coaxially in the vertical direction. , Large. In the case where a vibration isolator is used together for the purpose of removing the vibration of the mechanical refrigerator in the dilution refrigerator 101, the device configuration is further increased. Was difficult to apply.

そこで、非特許文献1には機械式冷凍機の振動による分析装置への影響を低減するため、機械式冷凍機を用いてHeを予冷する予冷ユニットと、予冷されたHeの液体を希釈する希釈冷凍機とを備える分離型の希釈冷凍機が開示されている。図3は分離型の希釈冷凍機の構成を説明するための模式図である。 Therefore, in Non-Patent Document 1, in order to reduce the influence of vibration of the mechanical refrigerator on the analyzer, a pre-cooling unit for pre-cooling 3 He using the mechanical refrigerator and a pre-cooled liquid of 3 He are diluted. There is disclosed a separation-type dilution refrigerator including a dilution refrigerator. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the configuration of the separation-type dilution refrigerator.

図3に示す希釈冷凍機201は、真空容器210と第1の輻射シールド220と第2の輻射シールド230と第3の輻射シールド240と第1の熱交換器226と第2の熱交換器227と混合室242と分留配管250とを有する。真空容器210は、第1の支持体211と第1の輻射シールド220とを収容する。第1の支持体211は第1の輻射シールド220を真空容器210内で固定している。第1の輻射シールド220は、配管部材221と、ベローズ223と、第1の熱交換器226と、第2の熱交換器227と、第2の支持体229とを収容する。希釈冷凍機201では、機械式冷凍機で4〜40K程度に予冷された冷媒が流れる図示略の冷媒供給ラインとフランジ220B及びフランジ231との間で熱交換することで、第1の輻射シールド220内と第2の輻射シールド230内と第3の輻射シールド240内とを段階的に冷却している。   The dilution refrigerator 201 shown in FIG. 3 includes a vacuum container 210, a first radiation shield 220, a second radiation shield 230, a third radiation shield 240, a first heat exchanger 226, and a second heat exchanger 227. And a mixing chamber 242 and a fractionation pipe 250. The vacuum container 210 accommodates the first support 211 and the first radiation shield 220. The first support body 211 fixes the first radiation shield 220 in the vacuum container 210. The first radiation shield 220 houses the piping member 221, the bellows 223, the first heat exchanger 226, the second heat exchanger 227, and the second support body 229. In the dilution refrigerator 201, heat exchange is performed between the flange 220B and the flange 231 and a refrigerant supply line (not shown) in which the refrigerant precooled to about 4 to 40K in the mechanical refrigerator flows, and thus the first radiation shield 220. The inside, the inside of the second radiation shield 230, and the inside of the third radiation shield 240 are gradually cooled.

希釈冷凍機201は小型化を目的として、第1の輻射シールド220内で分留配管250が折り返されている構造を採用している。具体的には分留配管250は配管部材221の部分で折り返され、分留配管250と離間して配置されるベローズ223と接続されている。これにより、希釈冷凍機201では装置の小型化が達成されている。   The dilution refrigerator 201 employs a structure in which the fractionation pipe 250 is folded back inside the first radiation shield 220 for the purpose of downsizing. Specifically, the fractionation pipe 250 is folded back at the portion of the pipe member 221, and is connected to the bellows 223 which is arranged apart from the fractionation pipe 250. As a result, downsizing of the dilution refrigerator 201 is achieved.

希釈冷凍機201では、配管取出口212が図示略のポンプと接続されている。そのため、ヘリウムガスは混合室242から分留配管250と配管部材221とベローズ223とをこの順で経由して、真空容器210外に排気されたのち、図示略の循環ユニットを経由して混合室242に再供給される。   In the dilution refrigerator 201, the pipe outlet 212 is connected to a pump (not shown). Therefore, the helium gas is discharged from the mixing chamber 242 through the fractional distillation pipe 250, the piping member 221, and the bellows 223 in this order to the outside of the vacuum container 210, and then through the circulation unit (not shown). 242 is supplied again.

希釈冷凍機201においては、第1の輻射シールド220内の温度は40K程度であるのに対し、真空容器210外の温度が常温(300K程度)である。そこで、第1の輻射シールド220内と真空容器210外との温度差に起因する配管の熱収縮に対処するために、希釈冷凍機201はベローズ223を採用している。これにより、第1の輻射シールド220内と真空容器210外との温度差があってもベローズ223が温度差に応じて伸縮するため、真空容器210内の構造の安定化が図られていた。   In the dilution refrigerator 201, the temperature inside the first radiation shield 220 is about 40K, while the temperature outside the vacuum container 210 is room temperature (about 300K). Therefore, the dilution refrigerator 201 employs the bellows 223 in order to cope with the thermal contraction of the pipe due to the temperature difference between the inside of the first radiation shield 220 and the outside of the vacuum container 210. As a result, even if there is a temperature difference between the inside of the first radiation shield 220 and the outside of the vacuum container 210, the bellows 223 expands and contracts according to the temperature difference, thus stabilizing the structure inside the vacuum container 210.

特開2001−304709号公報JP, 2001-304709, A

伊藤琢司及び山中良浩、「走査透過型電子顕微鏡搭載用の小型無冷媒希釈冷凍機」、大陽日酸技報、No.33(2014).Takuji Ito and Yoshihiro Yamanaka, "Small Refrigerant Dilution Refrigerator for Scanning Transmission Electron Microscope", Taiyo Nippon Sanso Technical Report, No. 33 (2014).

しかしながら、希釈冷凍機201にあっては、ベローズ223内を真空引きしてヘリウムガス排気すると、ベローズ223内の圧力変動が大きく、排気の度にベローズ223がさらに伸縮を繰り返すことになる。具体的には、ベローズ223の伸縮により図3に示すようにベローズ223が斜めに歪む場合がある。
ベローズ223が斜めに歪むことや、伸縮を繰りかえすことによって、第1の支持体211、配管部材221及び第2の支持体229に負荷が断続的に加わる可能性がある。
However, in the dilution refrigerator 201, when the bellows 223 is evacuated and helium gas is exhausted, the pressure fluctuation in the bellows 223 is large, and the bellows 223 further expands and contracts each time it is exhausted. Specifically, expansion and contraction of the bellows 223 may cause the bellows 223 to be skewed as shown in FIG.
When the bellows 223 is distorted obliquely or repeatedly expanded and contracted, a load may be intermittently applied to the first support body 211, the piping member 221, and the second support body 229.

さらに第1の支持体211及び第2の支持体229にあっては、固定に必要な強度を備え、かつ熱侵入を抑えるためにガラス強化繊維(FRP)、ポリイミド樹脂系の固定部品を使用することが望ましい。しかし、希釈冷凍機201の小型化にともない、第1の支持体211及び第2の支持体229を配置できる空間に制約ができ、分岐配管221A,221Bの太さ及び厚さが制限される。そのため、真空になったときのベローズ223の伸縮による応力に耐えうる剛性を第1の支持体211及び第2の支持体229で確保しにくく、第1の支持体211及び第2の支持体229の位置が動きやすい。その結果、分析装置の使用中に混合室242の軸の位置を調整しても、ベローズ223の伸縮に起因して、混合室242の軸が調整した位置からずれてしまう可能性もあった。   Further, in the first support 211 and the second support 229, glass-reinforced fiber (FRP) and polyimide resin-based fixing parts are used in order to have strength necessary for fixing and to suppress heat intrusion. Is desirable. However, with the miniaturization of the dilution refrigerator 201, the space where the first support 211 and the second support 229 can be placed can be restricted, and the thickness and thickness of the branch pipes 221A and 221B are limited. Therefore, it is difficult to secure the rigidity that can withstand the stress due to the expansion and contraction of the bellows 223 when a vacuum is applied, by the first support body 211 and the second support body 229, and the first support body 211 and the second support body 229. The position of is easy to move. As a result, even if the position of the shaft of the mixing chamber 242 is adjusted while the analyzer is in use, the shaft of the mixing chamber 242 may be displaced from the adjusted position due to expansion and contraction of the bellows 223.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、混合室の軸の位置がずれにくく、分析装置に適用しやすい希釈冷凍機を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a dilution refrigerator in which the position of the shaft of the mixing chamber is unlikely to shift and which can be easily applied to an analyzer.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
[1] 液体のHeと液体のHeとを含む混合液に液体のHeを希釈する混合室を備える希釈冷凍機であって、前記混合室を収容する真空容器と、前記混合室と接続される分留配管と、前記真空容器の内側の空間内で前記分留配管と接続されるとともに、前記混合液から分離されたヘリウムガスが流れる分岐配管を有する配管部材と、前記配管部材から前記混合室に向かう方向と平行な方向に開口する第1の端部と前記第1の端部と同一方向に開口する第2の端部とを有する第1の配管と、前記真空容器の側面に形成される配管取出口を介して前記真空容器内と前記真空容器外とにわたって配置される第2の配管と、互いの伸縮により生じる伸縮力を打ち消し合うように配置される一対のベローズと、を備え、前記一対のベローズのうちいずれか一方が前記分岐配管と前記第1の配管の第1の端部とを接続し、前記一対のベローズのうち残る一方が前記第1の配管の第2の端部と前記第2の配管とを接続する、希釈冷凍機。
[2] 前記第1の配管が前記第1の端部及び前記第2の端部と結ぶ配管部分を有し、前記第1の端部と前記配管部分との接続部分の角度と、前記第2の端部と前記配管部分との接続部分の角度とがいずれも直角である、[1]の希釈冷凍機。
[3] 前記第2の配管が前記一対のベローズのうちいずれか一方と同軸方向に延在する配管部分を有する、[1]又は[2]の希釈冷凍機。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
[1] A dilution refrigerator in a mixed solution containing a 4 He in 3 He and the liquid in the liquid includes a mixing chamber for diluting the 3 He in liquid, a vacuum vessel containing said mixing chamber, said mixing chamber From the piping member, which is connected to the fractionation pipe, is connected to the fractionation pipe in the space inside the vacuum container, and has a branch pipe through which the helium gas separated from the mixed liquid flows. A first pipe having a first end opening in a direction parallel to the direction toward the mixing chamber and a second end opening in the same direction as the first end; and a side surface of the vacuum container. A second pipe arranged over the inside of the vacuum container and the outside of the vacuum container via a pipe outlet formed in, and a pair of bellows arranged so as to cancel the expansion and contraction forces generated by mutual expansion and contraction, And a pair of bellows One of the two connects the branch pipe and the first end of the first pipe, and the remaining one of the pair of bellows is the second end of the first pipe and the second end of the first pipe. A dilution refrigerator that connects to piping.
[2] The first pipe has a pipe portion connected to the first end portion and the second end portion, and an angle of a connecting portion between the first end portion and the pipe portion, and [2] The dilution refrigerator according to [1], wherein the angle between the end portion of 2 and the connection portion between the pipe portion is a right angle.
[3] The dilution refrigerator of [1] or [2], wherein the second pipe has a pipe portion that extends coaxially with one of the pair of bellows.

本発明の希釈冷凍機は、混合室の軸の位置がずれにくく、分析装置に適用しやすい。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The dilution refrigerator of the present invention does not easily shift the position of the shaft of the mixing chamber and is easy to apply to an analyzer.

本発明を適用した実施形態に係る希釈冷凍機の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the dilution refrigerator which concerns on embodiment to which this invention is applied. 従来の希釈冷凍機の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the conventional dilution refrigerator. 分離型の希釈冷凍機の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of a separation-type dilution refrigerator.

以下、本発明を適用した一実施形態の希釈冷凍機について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a dilution refrigerator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there may be a case where the featured portions are enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective constituent elements are not necessarily the same as the actual ones. Absent.

以下、本発明を適用した一実施形態である希釈冷凍機1の構成について説明する。
図1は、希釈冷凍機1の構成の一例を示す模式図である。希釈冷凍機1は真空容器10と、第1の輻射シールド20と、第2の輻射シールド30と、第3の輻射シールド40と、分留配管50とを備える。
以下に希釈冷凍機1のその他の各構成要素に関して詳しく説明を行う。
Hereinafter, the configuration of the dilution refrigerator 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the dilution refrigerator 1. The dilution refrigerator 1 includes a vacuum container 10, a first radiation shield 20, a second radiation shield 30, a third radiation shield 40, and a fractionation pipe 50.
The other components of the dilution refrigerator 1 will be described in detail below.

本実施形態では、真空容器10は鉛直方向に延在する断熱容器である。真空容器10は、例えば真空断熱部材で構成することができる。   In this embodiment, the vacuum container 10 is a heat insulating container extending in the vertical direction. The vacuum container 10 can be composed of, for example, a vacuum heat insulating member.

真空容器10は本体上部10Aと、トップフランジ10Bと、本体下部10Cとを有する。トップフランジ10Bの中央部には貫通穴H1が形成されている。貫通穴H1には第1の輻射シールド20が挿入される。トップフランジ10Bは、本体上部10Aと本体下部10Cとの間でフランジ接合等の手法により固定されている。   The vacuum container 10 has an upper body 10A, a top flange 10B, and a lower body 10C. A through hole H1 is formed in the center of the top flange 10B. The first radiation shield 20 is inserted into the through hole H1. The top flange 10B is fixed between the upper body 10A and the lower body 10C by a method such as flange joining.

真空容器10の本体上部10A及び本体下部10Cの形状は、例えば円筒形状とすることができる。この場合、本体上部10Aの外径は例えば、170〜200mmとすることができ、本体下部10Cの外径は170〜200mmとすることができ、真空容器10の鉛直方向の高さは650〜750mmとすることができる。   The upper body 10A and the lower body 10C of the vacuum container 10 may have a cylindrical shape, for example. In this case, the outer diameter of the main body upper portion 10A can be 170 to 200 mm, the outer diameter of the main body lower portion 10C can be 170 to 200 mm, and the vertical height of the vacuum container 10 is 650 to 750 mm. Can be

真空容器10は、内側の空間内に第1の支持体11と、第2の配管23の一部と、第1の輻射シールド20とを収容する。
第1の支持体11は、トップフランジ10Bと後述するフランジ20Bとの間で固定されている。これにより第1の支持体11はフランジ20Bを介して第1の輻射シールド20を真空容器10内で固定できる。
真空容器10の本体上部10Aの下方側の側面には配管取出口12が形成されている。配管取出口12を介して真空容器10内から真空容器10外に第2の配管23が取り出される。真空容器10の外部では第2の配管23が図示略のヘリウム循環ユニットと接続されている。循環ユニットとしては、真空ポンプと、ヘリウムガスを再度希釈冷凍機1に供給するための循環ラインとを備える形態であれば特に限定されない。
The vacuum container 10 accommodates the first support 11, a part of the second pipe 23, and the first radiation shield 20 in the inner space.
The first support 11 is fixed between the top flange 10B and a flange 20B described later. As a result, the first support 11 can fix the first radiation shield 20 in the vacuum container 10 via the flange 20B.
A pipe outlet 12 is formed on the lower side surface of the upper body 10A of the vacuum container 10. The second pipe 23 is taken out of the vacuum container 10 to the outside of the vacuum container 10 through the pipe outlet 12. Outside the vacuum vessel 10, the second pipe 23 is connected to a helium circulation unit (not shown). The circulation unit is not particularly limited as long as it has a vacuum pump and a circulation line for supplying the helium gas to the dilution refrigerator 1 again.

本実施形態では、第1の輻射シールド20は真空容器10の延在方向と同じ方向に延在する容器である。第1の輻射シールド20は、例えば銅、アルミニウム等の高熱伝導率の部材で構成することができる。   In the present embodiment, the first radiation shield 20 is a container extending in the same direction as the vacuum container 10 extends. The first radiation shield 20 can be made of a member having a high thermal conductivity such as copper or aluminum.

第1の輻射シールド20は、本体上部20Aと、フランジ20Bと、本体中部20Cと、フランジ20Dと、本体下部20Eとを有する。
フランジ20Bには貫通穴H2及び貫通穴H3が形成されている。貫通穴H2には第2の輻射シールド30が挿入され、貫通穴H3には第2の配管23が挿入される。フランジ20Bは、本体上部20Aと本体中部20Cとの間でフランジ接合等の手法により固定されている。
本体中部20Cは、トップフランジ10Bに形成された貫通穴H1を介して、真空容器10内に挿入されている。
フランジ20Dには貫通穴H4が形成されている。貫通穴H4には第2の輻射シールド30が挿入される。フランジ20Dは、本体中部20Cと本体下部20Eとの間でフランジ接合等の手法により固定されている。
本体下部20Eは下端が真空容器10の底面よりも上方に位置するように配置されている。
The first radiation shield 20 has a main body upper portion 20A, a flange 20B, a main body middle portion 20C, a flange 20D, and a main body lower portion 20E.
A through hole H2 and a through hole H3 are formed in the flange 20B. The second radiation shield 30 is inserted into the through hole H2, and the second pipe 23 is inserted into the through hole H3. The flange 20B is fixed between the main body upper portion 20A and the main body middle portion 20C by a method such as flange joining.
The main body middle portion 20C is inserted into the vacuum container 10 via a through hole H1 formed in the top flange 10B.
A through hole H4 is formed in the flange 20D. The second radiation shield 30 is inserted into the through hole H4. The flange 20D is fixed between the middle portion 20C of the main body and the lower portion 20E of the main body by a method such as flange joining.
The lower part 20E of the main body is arranged such that the lower end thereof is located above the bottom surface of the vacuum container 10.

第1の輻射シールド20の本体上部20A、本体中部20C及び本体下部20Eの形状は、例えば、円筒形状とすることができる。この場合、本体上部20Aの外径は、例えば、160〜180mmとすることができ、本体中部20Cの外径は70〜100mmとすることができ、本体下部20Eの外径は140〜160mmとすることができ、第1の輻射シールド20の鉛直方向の高さは600〜700mmとすることができる。   The main body upper part 20A, the main body middle part 20C, and the main body lower part 20E of the first radiation shield 20 can be, for example, cylindrical in shape. In this case, the outer diameter of the main body upper portion 20A can be set to 160 to 180 mm, the outer diameter of the main body middle portion 20C can be set to 70 to 100 mm, and the outer diameter of the main body lower portion 20E can be set to 140 to 160 mm. The height of the first radiation shield 20 in the vertical direction can be 600 to 700 mm.

第1の輻射シールド20は、内側の空間内に配管部材21と、第1の配管22と、第2の配管23の一部と、第1のベローズ24と、第2のベローズ25と、第1の熱交換器26と、第2の熱交換器27と、フランジ28と、第2の支持体29と、第2の輻射シールド30を収容する。配管部材21、第1の配管22、第2の配管23、第1のベローズ24、第2のベローズ25については後述する。   The first radiation shield 20 includes a pipe member 21, a first pipe 22, a part of a second pipe 23, a first bellows 24, a second bellows 25, and a first bellows 25 in an inner space. The first heat exchanger 26, the second heat exchanger 27, the flange 28, the second support body 29, and the second radiation shield 30 are accommodated. The pipe member 21, the first pipe 22, the second pipe 23, the first bellows 24, and the second bellows 25 will be described later.

第1の熱交換器26は、フランジ20Bの上側に固定されている。例えば第1の熱交換器26においては、フランジ20Bと図示略の機械式冷凍機によって40K程度に予冷された冷媒が流れる図示略の第1の冷媒供給ラインとの間で熱交換が行われる。これによりフランジ20Bが40K程度に冷却される。   The first heat exchanger 26 is fixed to the upper side of the flange 20B. For example, in the first heat exchanger 26, heat exchange is performed between the flange 20B and a first refrigerant supply line (not shown) in which the refrigerant precooled to about 40K by a mechanical refrigerator (not shown) flows. As a result, the flange 20B is cooled to about 40K.

第2の熱交換器27は、フランジ28と後述するフランジ31との間で固定されている。例えば、第2の熱交換器27では、フランジ31と図示略の機械式冷凍機によって4K程度に予冷された冷媒が流れる図示略の第2の冷媒供給ラインとの間で熱交換が行われる。これによりフランジ31が4K程度に冷却される。なお、本実施形態では第2の熱交換器27が分留配管50と配管部材21と一体化した構造として構成されている。   The second heat exchanger 27 is fixed between the flange 28 and a flange 31 described later. For example, in the second heat exchanger 27, heat is exchanged between the flange 31 and a second refrigerant supply line (not shown) in which the refrigerant precooled to about 4K by a mechanical refrigerator (not shown) flows. As a result, the flange 31 is cooled to about 4K. In addition, in the present embodiment, the second heat exchanger 27 is configured as a structure in which the fractionation pipe 50 and the pipe member 21 are integrated.

フランジ28には貫通穴H5が形成されている。貫通穴H5の周囲に第2の熱交換器27が配置されている。
フランジ28は第2の支持体29によって支持されている。第2の支持体29はフランジ20Bの上側に固定されている。これによりフランジ28は第2の熱交換器27を第1の輻射シールド20内で固定できる。第2の支持体29は熱伝導率が低いFRPで構成することが好ましい。これによりフランジ20Bとフランジ28との間の温度差が保たれやすくなる。
A through hole H5 is formed in the flange 28. The second heat exchanger 27 is arranged around the through hole H5.
The flange 28 is supported by the second support body 29. The second support body 29 is fixed to the upper side of the flange 20B. This allows the flange 28 to fix the second heat exchanger 27 within the first radiation shield 20. The second support 29 is preferably made of FRP having a low thermal conductivity. This makes it easier to maintain the temperature difference between the flange 20B and the flange 28.

本実施形態では40K程度に予冷された冷媒が流れる図示略の第1の冷媒供給ラインとフランジ20Bとの間で熱交換が行われる。そのため第1の輻射シールド20の温度は、40K程度の低温に保たれる。   In this embodiment, heat exchange is performed between the flange 20B and the first refrigerant supply line (not shown) through which the refrigerant precooled to about 40K flows. Therefore, the temperature of the first radiation shield 20 is maintained at a low temperature of about 40K.

第2の輻射シールド30は、内側の空間内に第3の輻射シールド40を収容する。本実施形態では、第2の輻射シールド30は第1の輻射シールド20の延在方向と同じ方向に延在する容器である。第2の輻射シールド30は、例えば銅、アルミニウム等の高熱伝導率の部材で構成することができる。   The second radiation shield 30 accommodates the third radiation shield 40 in the inner space. In the present embodiment, the second radiation shield 30 is a container that extends in the same direction as the extending direction of the first radiation shield 20. The second radiation shield 30 can be composed of a member having a high thermal conductivity such as copper or aluminum.

第2の輻射シールド30は、本体上部30Aと、フランジ30Bと、本体下部30Cとを有する。
本体上部30Aの上端はフランジ31を介して第2の熱交換器27の下端に固定されている。本体上部30Aはフランジ20B,20Dにそれぞれ形成された貫通穴H2及び貫通穴H4に挿入されている。
フランジ30Bには貫通穴H6が形成されている。貫通穴H6には第3の輻射シールド40が挿入される。フランジ30Bは、本体上部30Aと本体下部30Cとの間でフランジ接合等の手法により固定されている。
本体下部30Cは、下端が第1の輻射シールド20の本体下部20Eの底面よりも上方に位置するように配置されている。
The second radiation shield 30 has a main body upper portion 30A, a flange 30B, and a main body lower portion 30C.
The upper end of the main body upper portion 30A is fixed to the lower end of the second heat exchanger 27 via the flange 31. The main body upper portion 30A is inserted into through holes H2 and H4 formed in the flanges 20B and 20D, respectively.
A through hole H6 is formed in the flange 30B. The third radiation shield 40 is inserted into the through hole H6. The flange 30B is fixed between the upper body 30A and the lower body 30C by a method such as flange joining.
The lower part 30C of the main body is arranged such that the lower end is located above the bottom surface of the lower part 20E of the main body of the first radiation shield 20.

第2の輻射シールド30の本体上部30A及び本体下部30Cの形状は、例えば、円筒形状とすることができる。この場合、本体上部30Aの外径は、70〜90mmとすることができ、本体下部30Cの外径は120〜140mmとすることができ、第2の輻射シールド30の鉛直方向の高さは430〜480mmとすることができる   The main body upper portion 30A and the main body lower portion 30C of the second radiation shield 30 can be, for example, cylindrical shapes. In this case, the outer diameter of the upper body 30A can be 70 to 90 mm, the outer diameter of the lower body 30C can be 120 to 140 mm, and the height of the second radiation shield 30 in the vertical direction is 430. Can be ~ 480 mm

フランジ31には貫通穴H7が形成されている。貫通穴H7には分留配管50が挿入される。
貫通穴H7に分留配管50が挿入された状態において、4K程度に予冷された冷媒が流れる図示略の第2の冷媒供給ラインとフランジ31との間で熱交換が行われる。その結果、第2の輻射シールド30内の温度は、4.2K程度の低温に保たれる。
A through hole H7 is formed in the flange 31. The fractionation pipe 50 is inserted into the through hole H7.
In the state where the fractionation pipe 50 is inserted in the through hole H7, heat exchange is performed between the flange 31 and the second refrigerant supply line (not shown) in which the refrigerant precooled to about 4K flows. As a result, the temperature inside the second radiation shield 30 is maintained at a low temperature of about 4.2K.

第3の輻射シールド40は、内側の空間内に混合室42を収容する。本実施形態では、第3の輻射シールド40は第2の輻射シールド30の延在方向と同じ方向に延在する容器である。第3の輻射シールド40は、例えば銅、アルミニウム等の高熱伝導率の部材で構成することができる。
第3の輻射シールド40は本体上部40Aと、フランジ40Bと、本体下部40Cとを有する。
本体上部40Aは、フランジ30Bに形成された貫通穴H6に挿入されている。
フランジ40Bには貫通穴H8が形成されている。貫通穴H8には分留配管50が挿入される。フランジ40Bは本体上部40Aと本体下部40Cとの間でフランジ接合等の手法により固定されている。
本体下部40Cは、下端が第2の輻射シールド30の本体下部30Cの底面よりも上方に位置するように配置されている。
The third radiation shield 40 houses the mixing chamber 42 in the inner space. In the present embodiment, the third radiation shield 40 is a container extending in the same direction as the extending direction of the second radiation shield 30. The third radiation shield 40 can be made of a member having a high thermal conductivity such as copper or aluminum.
The third radiation shield 40 has a main body upper portion 40A, a flange 40B, and a main body lower portion 40C.
The upper body 40A is inserted into a through hole H6 formed in the flange 30B.
A through hole H8 is formed in the flange 40B. The fractionation pipe 50 is inserted into the through hole H8. The flange 40B is fixed between the upper body 40A and the lower body 40C by a method such as flange joining.
The lower portion 40C of the main body is arranged such that the lower end thereof is located above the bottom surface of the lower portion 30C of the main body of the second radiation shield 30.

第3の輻射シールド40の本体上部40A及び本体下部40Cの形状は、例えば、円筒形状とすることができる。この場合、本体上部40Aの外径は、例えば、55〜75mmとすることができ、本体下部40Cの外径は90〜110mmとすることができ、第3の輻射シールド40の鉛直方向の高さは258〜308mmとすることができる。   The shape of the upper body 40A and the lower body 40C of the third radiation shield 40 can be, for example, a cylindrical shape. In this case, the outer diameter of the main body upper portion 40A can be, for example, 55 to 75 mm, the outer diameter of the main body lower portion 40C can be 90 to 110 mm, and the vertical height of the third radiation shield 40 can be set. Can be 258-308 mm.

本体上部40Aの上端はフランジ41を介して分留配管50と固定されている。フランジ41には貫通穴H9が形成されている。貫通穴H9には分留配管50が挿入される。ここで分留配管50の内部には、フランジ41の位置に図示略の分留室が配置されている。図示略の分留室内では液体のHeと液体のHeとを含む混合液の液面が形成されている。この状態において、分留配管50内を減圧することにより、分留配管50内が1K程度まで冷却される。その結果、分留配管50と接触するフランジ41及び第3の輻射シールド30の温度が1K程度の低温に冷却される。 The upper end of the upper body 40A is fixed to the fractionation pipe 50 via a flange 41. A through hole H9 is formed in the flange 41. The fractionation pipe 50 is inserted into the through hole H9. Here, inside the fractionation pipe 50, a fractionation chamber (not shown) is arranged at the position of the flange 41. A liquid surface of a mixed liquid containing liquid 3 He and liquid 4 He is formed in a fractionation chamber (not shown). In this state, the pressure inside the fractionation pipe 50 is reduced, so that the inside of the fractionation pipe 50 is cooled to about 1K. As a result, the temperatures of the flange 41 and the third radiation shield 30 that are in contact with the fractionation pipe 50 are cooled to a low temperature of about 1K.

混合室42は液体のHeと液体のHeとを含む混合液に液体のHeを希釈する容器である。
混合室42内には図示略のヘリウム供給ラインを介して、第2の熱交換器27、図示略の分留室、分留配管50内であって分留室の下部に配置された図示略の第3の熱交換器を経由することでさらに冷却された液体のHeが供給される。これにより混合室42内では液体のHeを含むHe濃厚相と、液体のHeと液体のHeとを含む混合液であるHe希薄相とが形成されている。He濃厚相はHe希薄相の上側に形成される。
The mixing chamber 42 is a container for diluting liquid 3 He into a mixed liquid containing liquid 3 He and liquid 4 He.
In the mixing chamber 42, a second heat exchanger 27, a fractionation chamber (not shown), and a fractionation pipe 50 (not shown) arranged below the fractionation chamber via a helium supply line (not shown). Further cooled liquid 3 He is supplied by way of the third heat exchanger. Thus in the mixing chamber 42 and 3 He dense phase comprising 3 He in liquid, 3 He and dilute phase is a mixture containing the 4 He in 3 He and the liquid in the liquid are formed. The 3 He rich phase is formed on the upper side of the 3 He lean phase.

第3の輻射シールド40内は、気体のHeを減圧することにより1K以下の温度となるように冷却されている。このため混合室42内温度は、冷却の初期段階では1K程度となる。混合室42内ではHe濃厚相に含まれるHeがHe希薄相に溶け込む際の希釈反応が発生することで吸熱されてさらに混合室42内が冷却され、混合室42内の温度は0.1K程度の極低温となる。 The inside of the third radiation shield 40 is cooled to a temperature of 1 K or lower by reducing the pressure of the gas 3 He. Therefore, the temperature inside the mixing chamber 42 becomes about 1K in the initial stage of cooling. Mixing chamber is absorbed by diluting reaction in 3 He contained in the 3 He dense phase dissolves in 3 He dilute phase occurs further mixing chamber 42 is within 42 is cooled, the temperature in the mixing chamber 42 is 0 It becomes an extremely low temperature of about 1K.

分留配管50は混合室42と接続される配管である。本実施形態では分留配管50の下端が混合室42と接続され、上端が配管部材21と貫通穴H5の周囲で接続されている。分留配管50はフランジ28によって第1の熱交換器27と固定されている。この状態において、分留配管50は第2の輻射シールド30及び第3の輻射シールド40と同軸方向に延在し、第1の輻射シールド20内と第2の輻射シールド30内と第3の輻射シールド40内とに配置される。   The fractionation pipe 50 is a pipe connected to the mixing chamber 42. In this embodiment, the lower end of the fractionation pipe 50 is connected to the mixing chamber 42, and the upper end is connected to the pipe member 21 around the through hole H5. The fractionation pipe 50 is fixed to the first heat exchanger 27 by the flange 28. In this state, the fractionation pipe 50 extends coaxially with the second radiation shield 30 and the third radiation shield 40, and the first radiation shield 20, the second radiation shield 30, and the third radiation shield 20 extend. It is arranged in the shield 40.

配管部材21は第1の輻射シールド20内で分留配管50と接続されるとともに、第1の分岐配管21Aと第2の分岐配管21Bとを有する。
第1の分岐配管21Aは混合室42内の混合液から分離されたヘリウムガスが流れる配管である。第1の分岐配管21Aは、配管部材21の側方から分岐したのち、分留配管50と軸方向と平行な方向に折り曲げられている。第1の分岐配管21Aは混合室42から配管部材21に向かう方向に開口する端部21aを有する。第1の分岐配管21Aは端部21aで第1のベローズ24と接続される。第2の分岐配管21Bは、分留配管50と同軸方向に延在する配管である。
The pipe member 21 is connected to the fractionation pipe 50 in the first radiation shield 20, and has a first branch pipe 21A and a second branch pipe 21B.
The first branch pipe 21A is a pipe through which the helium gas separated from the mixed liquid in the mixing chamber 42 flows. 21 A of 1st branch piping is branched from the side of the piping member 21, and is bent in the direction parallel to the fractional piping 50 and an axial direction. 21 A of 1st branch piping has the end part 21a opened in the direction which goes to the piping member 21 from the mixing chamber 42. The first branch pipe 21A is connected to the first bellows 24 at the end 21a. The second branch pipe 21B is a pipe extending coaxially with the fractionation pipe 50.

第1のベローズ24と第2のベローズ25とは、互いの伸縮により生じる伸縮力を打ち消し合うように配置される一対のベローズ24,25である。一対のベローズ24,25は伸縮管であれば特に限定されない。ただし、一対のベローズ24,25はいずれも金属ベローズであることが好ましい。
第1のベローズ24は、第1の分岐配管21Aと後述する第1の配管22の第1の端部22Aとを接続する。これにより、第1の分岐配管21Aと第1の配管22とが連通する。
第2のベローズ25は、後述する第1の配管22の第2の端部22Bと後述する第2の配管23の主配管23Aとを接続する。これにより、第1の配管22と第2の配管23とが連通する。
The first bellows 24 and the second bellows 25 are a pair of bellows 24, 25 that are arranged so as to cancel out the expansion and contraction forces generated by the expansion and contraction of each other. The pair of bellows 24, 25 is not particularly limited as long as it is a telescopic tube. However, it is preferable that the pair of bellows 24 and 25 are both metal bellows.
The first bellows 24 connects the first branch pipe 21A and a first end 22A of a first pipe 22 described later. As a result, the first branch pipe 21A and the first pipe 22 communicate with each other.
The second bellows 25 connects the second end portion 22B of the first pipe 22 described later and the main pipe 23A of the second pipe 23 described later. As a result, the first pipe 22 and the second pipe 23 communicate with each other.

第1の配管22は、分留配管50に沿って配管部材21から混合室42に向かう方向と平行な方向に開口する第1の端部22Aと、第1の端部22Aと同一方向に開口する第2の端部22Bと、第1の端部22Aと第2の端部22Bとを結ぶ配管部分22Cとを有する。第1の配管22は第1の端部22Aで第1のベローズ24と接続されているとともに、第2の端部22Bで第2のベローズ25と接続されている。これにより第1のベローズ24の伸縮方向が第2のベローズ25の伸縮方向と平行となる。   The first pipe 22 has a first end 22A that opens in a direction parallel to the direction from the pipe member 21 to the mixing chamber 42 along the fractionation pipe 50, and opens in the same direction as the first end 22A. And a pipe portion 22C connecting the first end portion 22A and the second end portion 22B. The first pipe 22 is connected to the first bellows 24 at the first end 22A and is connected to the second bellows 25 at the second end 22B. As a result, the expansion / contraction direction of the first bellows 24 becomes parallel to the expansion / contraction direction of the second bellows 25.

本実施形態では第1の端部22Aと配管部分22Cとの接続部分の角度と、第2の端部22Bと配管部分22Cとの接続部分の角度とがいずれも直角となるように、配管部分22Cが第1の端部22A及び第2の端部22B接続されている。これにより、分留配管50と第2の配管23との間の距離を一定に保持しやすくなる。   In the present embodiment, the pipe portion is formed such that the angle of the connecting portion between the first end portion 22A and the pipe portion 22C and the angle of the connecting portion between the second end portion 22B and the pipe portion 22C are both right angles. 22C is connected to the first end 22A and the second end 22B. This makes it easier to keep the distance between the fractional distillation pipe 50 and the second pipe 23 constant.

本実施形態では第2の配管23が貫通穴H3に挿入されている。これにより、第2の配管23は、真空容器10の本体上部10Aの下方側の側面に形成される配管取出口12を介して真空容器10内と真空容器10外とにわたって配置される。
第2の配管23は主配管23Aと、湾曲部23Bと、取出配管23Cとを有する。
主配管23Aは上端で第2のベローズ25と接続されているとともに、下端で湾曲部23Bと接続されている。これにより、第2の配管23の熱収縮を第2のベローズ25が吸収できる。
In this embodiment, the second pipe 23 is inserted into the through hole H3. As a result, the second pipe 23 is arranged between the inside of the vacuum container 10 and the outside of the vacuum container 10 via the pipe outlet 12 formed on the lower side surface of the upper body 10A of the vacuum container 10.
The second pipe 23 has a main pipe 23A, a curved portion 23B, and a take-out pipe 23C.
The main pipe 23A is connected at its upper end to the second bellows 25, and is connected at its lower end to the curved portion 23B. Thereby, the second bellows 25 can absorb the thermal contraction of the second pipe 23.

本実施形態では主配管23Aが第2のベローズ25と同軸方向に延在する配管部分である。これにより、第2のベローズ25の伸縮方向が第2の配管23と同軸方向と一致し、第2のベローズ25が第2の配管23の熱収縮を吸収しやすくなる。
湾曲部23Bは主配管23Aと取出配管23Cとの間に配置されている。取出配管23Cは配管取出口12に挿入されるとともに、分留配管50の延在方向と直交する方向に延在する配管である。これにより、主配管23A内を流れるヘリウムガスが湾曲部23Bを経由し、取出配管23Cから真空容器10の外部に排気される。
In the present embodiment, the main pipe 23A is a pipe portion that extends coaxially with the second bellows 25. Thereby, the expansion / contraction direction of the second bellows 25 coincides with the coaxial direction of the second pipe 23, and the second bellows 25 easily absorbs the thermal contraction of the second pipe 23.
The curved portion 23B is arranged between the main pipe 23A and the take-out pipe 23C. The take-out pipe 23C is a pipe that is inserted into the pipe take-out port 12 and extends in a direction orthogonal to the extending direction of the fractionation pipe 50. As a result, the helium gas flowing in the main pipe 23A is exhausted to the outside of the vacuum container 10 from the extraction pipe 23C via the curved portion 23B.

本実施形態では一対のベローズ24,25は、第1のベローズ24及び第2のベローズ25の伸縮方向が平行となるように離間して配置される。これにより、一対のベローズ24,25内の圧力変動に伴い、一対のベローズのうちいずれか一方のベローズが伸縮しても残る一方のベローズが伸縮し、互いの伸縮により生じる伸縮力を打ち消し合っている。   In the present embodiment, the pair of bellows 24, 25 are arranged so as to be spaced apart so that the expansion and contraction directions of the first bellows 24 and the second bellows 25 are parallel. As a result, due to the pressure fluctuation in the pair of bellows 24, 25, the remaining one bellows expands and contracts even if one of the pair of bellows expands and contracts, and the expansion and contraction forces generated by the expansion and contraction of the bellows cancel each other out. There is.

次に、以上説明した構成を備える希釈冷凍機1の運転方法の一例について説明する。まず、第1の熱交換器26と第2の熱交換器27と図示略の分留室とにより段階的に1K程度にまで冷却された液体のHeが、図示略のヘリウム供給ラインによって混合室42内に供給される。混合室42内ではHe希薄相の上側にHe濃厚相が形成されている。混合室42内ではHe濃厚相に含まれる液体のHeをHe希薄相に連続的に希釈することで、0.1K程度の極低温が達成される。 Next, an example of an operating method of the dilution refrigerator 1 having the above-described configuration will be described. First, liquid 3 He cooled stepwise to about 1 K by the first heat exchanger 26, the second heat exchanger 27, and a fractionation chamber (not shown) is mixed by a helium supply line (not shown). It is supplied into the chamber 42. In the mixing chamber 42, a 3 He rich phase is formed above the 3 He lean phase. In the mixing chamber 42 by serially diluted 3 He in liquid contained in the 3 He dense phase in 3 He dilute phase, cryogenic about 0.1K is achieved.

分留配管50内の図示略の分留室には、液体のHeと液体のHeとを含む混合液の液面があり、ヘリウムが気液平衡状態となっている。分留配管50内の気相側では分留配管50内には、主に液体のHeと液体のHeとを含む混合液から分離した気体のHeが流れている。分離されたヘリウムガスは、図示略の循環ユニットによって分留配管50内から第1の分岐配管21A、第1のベローズ24、第1の配管22、第2のベローズ25、第2の配管23をこの順に経由して真空容器10外に排気される。 A fractionation chamber (not shown) in the fractionation pipe 50 has a liquid surface of a mixed liquid containing liquid 3 He and liquid 4 He, and helium is in a gas-liquid equilibrium state. On the gas phase side in the fractionation pipe 50, 3 He, which is a gas separated from a mixed liquid mainly containing liquid 3 He and liquid 4 He, flows in the fractionation pipe 50. The separated helium gas is supplied to the first branch pipe 21A, the first bellows 24, the first pipe 22, the second bellows 25, and the second pipe 23 from the inside of the fractionation pipe 50 by a circulation unit (not shown). It is exhausted to the outside of the vacuum container 10 via this order.

(作用効果)
本明細書で既に述べたように、図3に示すような従来の希釈冷凍機201にあっては、ヘリウムガスを排気するために、ベローズ223内を真空引きすると、配管部材221を介して第1の支持体211及び第2の支持体229に負荷がかかってしまうという問題があった。
さらに、希釈冷凍機の混合室に数ミリ角程度の検出器を配置して使用する場合、検出器の位置を1ミリ以下の単位で調整することが必要である。従来の希釈冷凍機にあってはベローズ223等の配管の減圧及び熱収縮に伴い、装置内部の配管等が縮み、その結果生じる応力によって支持体がゆがむことがあった。この場合、検出器の位置がずれて分析ができなくなり、検出器の位置を再調整する必要があった。
(Action effect)
As described above in the present specification, in the conventional dilution refrigerator 201 as shown in FIG. 3, when the bellows 223 is evacuated in order to exhaust the helium gas, the first dilution via the piping member 221. There is a problem that the first support 211 and the second support 229 are loaded.
Furthermore, when a detector of several millimeters square is arranged and used in the mixing chamber of the dilution refrigerator, it is necessary to adjust the position of the detector in units of 1 mm or less. In the conventional dilution refrigerator, the pipes and the like inside the apparatus shrink due to the pressure reduction and heat shrinkage of the pipes such as the bellows 223, and the resulting stress may cause the support to be distorted. In this case, the position of the detector is displaced and analysis cannot be performed, and it is necessary to readjust the position of the detector.

本実施形態の希釈冷凍機1によれば、一対のベローズ24,25を備えるため、一対のベローズ24,25のそれぞれに生じる伸縮力を互いに打ち消し合うように伸縮できる。よって、第2の配管23内を真空引きしてヘリウムガスを分留配管50内の気相から排気し、一対のベローズ24,25内で圧力が変動しても、配管部材21に歪みなどの負荷がかからず、第1の支持体11及び第2の支持体29に負荷がかからない構造になる。   According to the dilution refrigerator 1 of the present embodiment, since the pair of bellows 24, 25 is provided, it is possible to expand and contract so as to cancel the expansion and contraction force generated in each of the pair of bellows 24, 25. Therefore, the second pipe 23 is evacuated to exhaust the helium gas from the gas phase in the fractionation pipe 50, and even if the pressure changes in the pair of bellows 24, 25, the pipe member 21 is not distorted. The structure is such that no load is applied to the first support 11 and the second support 29.

本実施形態の希釈冷凍機1によれば、一対のベローズ24,25が伸縮を繰り返しても第1の支持体11及び第2の支持体29に負荷がかかりにくく、混合室42の軸の位置が変わりにくいため、分析装置の信頼性を大きく向上させることができる。さらに、分析装置を用いた測定中に検出器の位置を再調整する頻度も低減される。   According to the dilution refrigerator 1 of the present embodiment, even if the pair of bellows 24, 25 repeatedly expands and contracts, the first support 11 and the second support 29 are less likely to be loaded, and the position of the shaft of the mixing chamber 42 is reduced. Since it is difficult to change, the reliability of the analyzer can be greatly improved. Furthermore, the frequency of readjusting the position of the detector during measurements with the analyzer is also reduced.

希釈冷凍機1では第1の分岐配管21Aと第1の配管22と第2の配管23とで一本の分留配管が構成されており、第1の配管22の部分で前記一本の分留配管が日本語の「コ」の字型を形成するように折り曲げられているため、鉛直方向の高さが従来品と比較して小型化されている。よって、分析装置と接続しやすく、搬送も容易である。したがって希釈冷凍機1は分析装置に適用しやすい。   In the dilution refrigerator 1, the first branch pipe 21A, the first pipe 22, and the second pipe 23 constitute one fractional distillation pipe, and the portion of the first pipe 22 corresponds to the one fractional pipe. Since the retaining pipe is bent so as to form a Japanese "U" shape, the vertical height is smaller than the conventional product. Therefore, it can be easily connected to the analyzer and can be easily transported. Therefore, the dilution refrigerator 1 is easy to apply to an analyzer.

希釈冷凍機1は一対のベローズ24,25を備えるため、熱収縮により第2の配管23が収縮しても歪みが生じにくい。よって、希釈冷凍機1によれば、一本のベローズを使用する場合に比べて組立時の自由度が向上する。   Since the dilution refrigerator 1 includes the pair of bellows 24 and 25, distortion is unlikely to occur even if the second pipe 23 contracts due to heat contraction. Therefore, according to the dilution refrigerator 1, the degree of freedom in assembly is improved as compared with the case of using one bellows.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が加えられてよい。   Although some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these particular embodiments. Further, the present invention may have additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration within the scope of the gist of the present invention described in the claims.

例えば、本実施形態の希釈冷凍機1は、機械式冷凍機を用いてHeを予冷する予冷ユニットと組み合わせて用いてもよい。この場合においては、機械式冷凍機で予冷した冷媒が流れる冷媒供給ラインを利用して、上述した第1の冷媒供給ラインでフランジ20Bを第2の冷媒供給ラインでフランジ31を冷却してもよい。 For example, the dilution refrigerator 1 of the present embodiment may be used in combination with a pre-cooling unit that pre-cools 3 He using a mechanical refrigerator. In this case, the flange 20B may be cooled by the first refrigerant supply line and the flange 31 may be cooled by the second refrigerant supply line by using the refrigerant supply line through which the refrigerant precooled by the mechanical refrigerator flows. .

1,101,201…希釈冷凍機、10,110,210…真空容器、11,211…第1の支持体、12,212…配管取出口、20,120,220…第1の輻射シールド、21,121,221…配管部材、22…第1の配管、23…第2の配管、24…第1のベローズ、25…第2のベローズ、26,126,226…第1の熱交換器、27,127,227…第2の熱交換器、28…フランジ、29,229…第2の支持体、30,130,230…第2の輻射シールド、31,131,231…フランジ、40,140,240…第3の輻射シールド、41…フランジ、42,142,252…混合室、50,150,250…分留配管、H1〜H9…貫通穴。   1, 101, 201 ... Diluting refrigerator, 10, 110, 210 ... Vacuum container, 11, 211 ... First support, 12, 212 ... Piping outlet, 20, 120, 220 ... First radiation shield, 21 , 121, 221 ... Piping member, 22 ... First piping, 23 ... Second piping, 24 ... First bellows, 25 ... Second bellows, 26, 126, 226 ... First heat exchanger, 27 , 127, 227 ... Second heat exchanger, 28 ... Flange, 29, 229 ... Second support, 30, 130, 230 ... Second radiation shield, 31, 131, 231 ... Flange, 40, 140, 240 ... 3rd radiation shield, 41 ... Flange, 42, 142, 252 ... Mixing chamber, 50, 150, 250 ... Fractionation piping, H1-H9 ... Through hole.

Claims (3)

液体のHeと液体のHeとを含む混合液に液体のHeを希釈する混合室を備える希釈冷凍機であって、
前記混合室を収容する真空容器と、
前記混合室と接続される分留配管と、
前記真空容器の内側の空間内で前記分留配管と接続されるとともに、前記混合液から分離されたヘリウムガスが流れる分岐配管を有する配管部材と、
前記配管部材から前記混合室に向かう方向と平行な方向に開口する第1の端部と前記第1の端部と同一方向に開口する第2の端部とを有する第1の配管と、
前記真空容器の側面に形成される配管取出口を介して前記真空容器内と前記真空容器外とにわたって配置される第2の配管と、
互いの伸縮により生じる伸縮力を打ち消し合うように配置される一対のベローズと、
を備え、
前記一対のベローズのうちいずれか一方が前記分岐配管と前記第1の配管の第1の端部とを接続し、
前記一対のベローズのうち残る一方が前記第1の配管の第2の端部と前記第2の配管とを接続する、希釈冷凍機。
A dilution refrigerator comprising a mixing chamber for diluting the 3 He and 3 He in liquid mixture containing the 4 He liquid fluid,
A vacuum container that houses the mixing chamber,
A fractionation pipe connected to the mixing chamber,
A pipe member having a branch pipe connected to the fractionation pipe in the space inside the vacuum container and in which helium gas separated from the mixed liquid flows.
A first pipe having a first end that opens in a direction parallel to the direction from the pipe member to the mixing chamber and a second end that opens in the same direction as the first end;
A second pipe arranged across the inside of the vacuum container and the outside of the vacuum container through a pipe outlet formed on a side surface of the vacuum container;
A pair of bellows arranged so as to cancel the stretching force generated by the stretching of each other,
Equipped with
Any one of the pair of bellows connects the branch pipe and the first end of the first pipe,
The dilution refrigerator in which the remaining one of the pair of bellows connects the second end of the first pipe and the second pipe.
前記第1の配管が前記第1の端部及び前記第2の端部と結ぶ配管部分を有し、
前記第1の端部と前記配管部分との接続部分の角度と、前記第2の端部と前記配管部分との接続部分の角度とがいずれも直角である、請求項1に記載の希釈冷凍機。
The first pipe has a pipe portion connected to the first end and the second end,
The dilution refrigeration according to claim 1, wherein an angle of a connecting portion between the first end portion and the pipe portion and an angle of a connecting portion between the second end portion and the pipe portion are both right angles. Machine.
前記第2の配管が前記一対のベローズのうちいずれか一方と同軸方向に延在する配管部分を有する、請求項1又は2に記載の希釈冷凍機。   The dilution refrigerator according to claim 1 or 2, wherein the second pipe has a pipe portion that extends coaxially with one of the pair of bellows.
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