JPH07146020A - 極低温冷凍機 - Google Patents
極低温冷凍機Info
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- JPH07146020A JPH07146020A JP5291869A JP29186993A JPH07146020A JP H07146020 A JPH07146020 A JP H07146020A JP 5291869 A JP5291869 A JP 5291869A JP 29186993 A JP29186993 A JP 29186993A JP H07146020 A JPH07146020 A JP H07146020A
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- helium
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 冷却部の温度変化の振幅が小さく、かつ操作
方法が簡単で安全性に優れた極低温冷凍機を提供する。 【構成】 ヘリウムガスを膨張させて寒冷を発生させる
膨張室と、前記膨張室に圧縮されたヘリウムガスを供給
するためのガス供給手段と、前記膨張室からヘリウムガ
スを排出するためのガス排出手段と、被冷却物を取り付
ける冷却部に設けられた、内部にヘリウムガスまたはヘ
リウムガスと液体ヘリウムを収納する蓄冷手段と、前記
ガス供給手段と前記蓄冷手段とを接続するヘリウムガス
導入排出手段とを含む。
方法が簡単で安全性に優れた極低温冷凍機を提供する。 【構成】 ヘリウムガスを膨張させて寒冷を発生させる
膨張室と、前記膨張室に圧縮されたヘリウムガスを供給
するためのガス供給手段と、前記膨張室からヘリウムガ
スを排出するためのガス排出手段と、被冷却物を取り付
ける冷却部に設けられた、内部にヘリウムガスまたはヘ
リウムガスと液体ヘリウムを収納する蓄冷手段と、前記
ガス供給手段と前記蓄冷手段とを接続するヘリウムガス
導入排出手段とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍機に関し、
特に温度安定性の高い極低温冷凍機に関する。赤外セン
サ、ＳＱＵＩＤ素子または超電導磁石等の冷却におい
て、冷却温度の変動幅が０．１Ｋ以下の安定性が求めら
れる。
特に温度安定性の高い極低温冷凍機に関する。赤外セン
サ、ＳＱＵＩＤ素子または超電導磁石等の冷却におい
て、冷却温度の変動幅が０．１Ｋ以下の安定性が求めら
れる。
【０００２】
【従来の技術】従来、極低温において、極めて安定な冷
却温度を必要とする場合には、液体ヘリウムを使用する
かまたは冷凍機の冷却部に熱浴（寒冷浴）として大きな
固体材料ブロックを密着させて、温度の変動振幅を吸収
する方法が採られていた。
却温度を必要とする場合には、液体ヘリウムを使用する
かまたは冷凍機の冷却部に熱浴（寒冷浴）として大きな
固体材料ブロックを密着させて、温度の変動振幅を吸収
する方法が採られていた。
【０００３】しかし、液体ヘリウムを使用する方法で
は、液体の注入、蒸発または再凝縮等の制御のためのシ
ステム構成や運転操作が複雑になり、コストも高いとい
う欠点がある。
は、液体の注入、蒸発または再凝縮等の制御のためのシ
ステム構成や運転操作が複雑になり、コストも高いとい
う欠点がある。
【０００４】また、Ｃｕ、Ａｌ等の固体材料ブロックを
冷却部に密着させる方法は、以下のような欠点がある。
図８は、Ｃｕ、Ａｌ、及びＨｅの温度に対する比熱の変
化を示す。横軸は絶対温度を、縦軸は比熱を単位Ｊ／ｃ
ｍ3 ・Ｋで表す。点線ｂ１、ｂ２はそれぞれＣｕ、Ａｌ
の比熱の変化を示す。図に示すように、Ｃｕ、Ａｌの比
熱は、温度の低下とともに単調に減少し、温度４Ｋ付近
では室温におけるときと比較して１／１０００以下に減
少する。このため、蓄冷器として使用するためには極め
て大きな体積のＣｕまたはＡｌを必要とする。
冷却部に密着させる方法は、以下のような欠点がある。
図８は、Ｃｕ、Ａｌ、及びＨｅの温度に対する比熱の変
化を示す。横軸は絶対温度を、縦軸は比熱を単位Ｊ／ｃ
ｍ3 ・Ｋで表す。点線ｂ１、ｂ２はそれぞれＣｕ、Ａｌ
の比熱の変化を示す。図に示すように、Ｃｕ、Ａｌの比
熱は、温度の低下とともに単調に減少し、温度４Ｋ付近
では室温におけるときと比較して１／１０００以下に減
少する。このため、蓄冷器として使用するためには極め
て大きな体積のＣｕまたはＡｌを必要とする。
【０００５】従って、装置全体の構成も大きくなり、か
つ室温からの予冷にも余分なエネルギと時間が必要とな
る。さらに、体積が大きくなると、その支持が困難にな
り、かつ冷却部と被冷却部との熱伝導も悪くなり、冷却
部と被冷却部の温度差が大きくなるという問題がある。
つ室温からの予冷にも余分なエネルギと時間が必要とな
る。さらに、体積が大きくなると、その支持が困難にな
り、かつ冷却部と被冷却部との熱伝導も悪くなり、冷却
部と被冷却部の温度差が大きくなるという問題がある。
【０００６】上記問題点を解決して冷凍機の冷却部の温
度変化を抑制する方法として、Ｈｅガスの熱容量を利用
する方法が実開昭６２−１１５０６０及び特開平３−１
０５３に開示されている。
度変化を抑制する方法として、Ｈｅガスの熱容量を利用
する方法が実開昭６２−１１５０６０及び特開平３−１
０５３に開示されている。
【０００７】図８に示す曲線ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、
ａ５、ａ６はそれぞれ圧力が１気圧、２気圧、３気圧、
５気圧、１０気圧、２０気圧のときのＨｅの比熱の温度
に対する変化を示す。室温から温度を低下させるとＨｅ
の比熱は徐々に増加し、圧力によって若干の相違はある
が、４Ｋ〜１０Ｋ近傍で極大値を示す。それ以下に温度
を低下すると、比熱は緩やかに減少する。
ａ５、ａ６はそれぞれ圧力が１気圧、２気圧、３気圧、
５気圧、１０気圧、２０気圧のときのＨｅの比熱の温度
に対する変化を示す。室温から温度を低下させるとＨｅ
の比熱は徐々に増加し、圧力によって若干の相違はある
が、４Ｋ〜１０Ｋ近傍で極大値を示す。それ以下に温度
を低下すると、比熱は緩やかに減少する。
【０００８】例えば、温度４ＫにおけるＨｅの比熱は約
０．４Ｊ／ｃｍ3 ・Ｋであり、室温におけるＣｕ、Ａｌ
等の比熱よりも一桁小さい程度である。従って、４Ｋ付
近における蓄冷用材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等の固体材
料よりもＨｅの方が適している。
０．４Ｊ／ｃｍ3 ・Ｋであり、室温におけるＣｕ、Ａｌ
等の比熱よりも一桁小さい程度である。従って、４Ｋ付
近における蓄冷用材料としては、Ｃｕ、Ａｌ等の固体材
料よりもＨｅの方が適している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の実開昭６２−１
１５０６０に開示されている方法は、冷却部に密着して
設けたＨｅポットに高圧のＨｅガスを密閉する方法であ
る。温度の変動を十分に吸収するためには、温度１０Ｋ
以下において数気圧程度のガス圧が必要である。従っ
て、このＨｅポットを密閉状態のまま室温に戻すと、ポ
ット内のガスは百気圧を越える圧力になる。このため、
冷凍機の運転を停止したときに超高圧のＨｅガスを装置
内に保存することになり安全性に問題がある。
１５０６０に開示されている方法は、冷却部に密着して
設けたＨｅポットに高圧のＨｅガスを密閉する方法であ
る。温度の変動を十分に吸収するためには、温度１０Ｋ
以下において数気圧程度のガス圧が必要である。従っ
て、このＨｅポットを密閉状態のまま室温に戻すと、ポ
ット内のガスは百気圧を越える圧力になる。このため、
冷凍機の運転を停止したときに超高圧のＨｅガスを装置
内に保存することになり安全性に問題がある。
【００１０】特開平３−１０５３に開示されている方法
は、Ｈｅポットが密閉状態ではなく、冷却時にＨｅポッ
トへＨｅガスを導入する。従って、冷凍機の運転停止時
にＨｅガスを放出または回収するので高圧のまま保存す
る必要はない。ＨｅポットへのＨｅガスの導入方法につ
いては記載されていないが、一般的にはＨｅガスボンベ
等から減圧弁を通じて導入されるものと考えられる。こ
の場合、弁の開閉等の操作が必要になる。
は、Ｈｅポットが密閉状態ではなく、冷却時にＨｅポッ
トへＨｅガスを導入する。従って、冷凍機の運転停止時
にＨｅガスを放出または回収するので高圧のまま保存す
る必要はない。ＨｅポットへのＨｅガスの導入方法につ
いては記載されていないが、一般的にはＨｅガスボンベ
等から減圧弁を通じて導入されるものと考えられる。こ
の場合、弁の開閉等の操作が必要になる。
【００１１】本発明の目的は、冷却部の温度変化の振幅
が小さく、かつ操作方法が簡単で安全性に優れた極低温
冷凍機を提供することである。
が小さく、かつ操作方法が簡単で安全性に優れた極低温
冷凍機を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の極低温冷凍機
は、ヘリウムガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張室
と、前記膨張室に圧縮されたヘリウムガスを供給するた
めのガス供給手段と、前記膨張室からヘリウムガスを排
出するためのガス排出手段と、被冷却物を取り付ける冷
却部に設けられた、内部にヘリウムガスまたはヘリウム
ガスと液体ヘリウムを収納する蓄冷手段と、前記ガス供
給手段と前記蓄冷手段とを接続するヘリウムガス導入排
出手段とを含む。
は、ヘリウムガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張室
と、前記膨張室に圧縮されたヘリウムガスを供給するた
めのガス供給手段と、前記膨張室からヘリウムガスを排
出するためのガス排出手段と、被冷却物を取り付ける冷
却部に設けられた、内部にヘリウムガスまたはヘリウム
ガスと液体ヘリウムを収納する蓄冷手段と、前記ガス供
給手段と前記蓄冷手段とを接続するヘリウムガス導入排
出手段とを含む。
【００１３】前記ヘリウムガス導入排出手段を介して、
前記ガス排出手段と前記蓄冷手段とを接続してもよい。
さらに、前記蓄冷手段に収容されたヘリウムガスの温度
を測定するための温度測定手段と、前記ヘリウムガス導
入排出手段の途中に設けられた減圧弁と、前記温度測定
手段の測定結果が入力され、所定の温度に保持されるよ
うに前記減圧弁を制御するための制御手段とを含んでも
よい。さらに、前記蓄冷手段に収容された液体ヘリウム
の液面の高さを測定するための液面位測定手段を設け、
前記液面位測定手段の測定結果を前記制御手段に入力
し、液面が所定の高さに保持されるようにしてもよい。
前記ガス排出手段と前記蓄冷手段とを接続してもよい。
さらに、前記蓄冷手段に収容されたヘリウムガスの温度
を測定するための温度測定手段と、前記ヘリウムガス導
入排出手段の途中に設けられた減圧弁と、前記温度測定
手段の測定結果が入力され、所定の温度に保持されるよ
うに前記減圧弁を制御するための制御手段とを含んでも
よい。さらに、前記蓄冷手段に収容された液体ヘリウム
の液面の高さを測定するための液面位測定手段を設け、
前記液面位測定手段の測定結果を前記制御手段に入力
し、液面が所定の高さに保持されるようにしてもよい。
【００１４】本発明のさらに他の極低温冷凍機は、真空
容器内に配置された膨張室内のヘリウムガスを膨張させ
て寒冷を発生させる極低温冷凍機において、膨張室に圧
縮されたヘリウムガスを供給するためのガス供給手段
と、前記膨張室からヘリウムガスを排出するためのガス
排出手段と、被冷却物を取り付ける冷却部に設けられ
た、内部にヘリウムガスまたはヘリウムガスと液体ヘリ
ウムを収納する蓄冷手段と、前記真空容器内に配置され
た、前記蓄冷手段の容積の少なくとも１０倍以上の容積
を持ち、内部にヘリウムガスを収容するヘリウムガス収
容手段と、前記ヘリウムガス収容手段と前記蓄冷手段と
を接続するヘリウムガス導入排出手段とを含む。
容器内に配置された膨張室内のヘリウムガスを膨張させ
て寒冷を発生させる極低温冷凍機において、膨張室に圧
縮されたヘリウムガスを供給するためのガス供給手段
と、前記膨張室からヘリウムガスを排出するためのガス
排出手段と、被冷却物を取り付ける冷却部に設けられ
た、内部にヘリウムガスまたはヘリウムガスと液体ヘリ
ウムを収納する蓄冷手段と、前記真空容器内に配置され
た、前記蓄冷手段の容積の少なくとも１０倍以上の容積
を持ち、内部にヘリウムガスを収容するヘリウムガス収
容手段と、前記ヘリウムガス収容手段と前記蓄冷手段と
を接続するヘリウムガス導入排出手段とを含む。
【００１５】
【作用】被冷却物を取り付ける冷却部にヘリウムガスま
たは液体ヘリウムを収容した蓄冷手段を設けることによ
り、冷却部の温度変動を抑制することができる。
たは液体ヘリウムを収容した蓄冷手段を設けることによ
り、冷却部の温度変動を抑制することができる。
【００１６】冷凍機の膨張室にヘリウムを供給し、また
は膨張室からヘリウムを排出するためのガス供給または
排出手段と蓄冷手段とを接続することにより、装置外部
にガス供給源を準備する必要がない。また、冷凍機停止
時には、蓄冷手段からヘリウムガスが排出されるため、
蓄冷手段内が高圧になることを防止できる。
は膨張室からヘリウムを排出するためのガス供給または
排出手段と蓄冷手段とを接続することにより、装置外部
にガス供給源を準備する必要がない。また、冷凍機停止
時には、蓄冷手段からヘリウムガスが排出されるため、
蓄冷手段内が高圧になることを防止できる。
【００１７】蓄冷手段にヘリウムガスを導入する配管に
減圧弁を設け、蓄冷手段内の温度、または液体ヘリウム
の液面の高さが一定になるように減圧弁を調整すること
により、蓄冷手段内のヘリウムの一部を安定性よく液化
することができる。液化することにより、熱量の増減が
潜熱として使用されるため、冷却部の温度変化をさらに
抑制することができる。
減圧弁を設け、蓄冷手段内の温度、または液体ヘリウム
の液面の高さが一定になるように減圧弁を調整すること
により、蓄冷手段内のヘリウムの一部を安定性よく液化
することができる。液化することにより、熱量の増減が
潜熱として使用されるため、冷却部の温度変化をさらに
抑制することができる。
【００１８】また、蓄冷手段の容積の少なくとも十倍以
上の容積を持つヘリウムガス収容手段を蓄冷手段に接続
することにより、冷凍機を停止したときに、蓄冷手段内
のヘリウムガスをヘリウムガス収容手段に移動させるこ
とができる。ヘリウムガス収容手段の容積は蓄冷手段の
十倍以上であるため、蓄冷手段及びヘリウムガス収容手
段内のガス圧が高圧になることを抑制できる。
上の容積を持つヘリウムガス収容手段を蓄冷手段に接続
することにより、冷凍機を停止したときに、蓄冷手段内
のヘリウムガスをヘリウムガス収容手段に移動させるこ
とができる。ヘリウムガス収容手段の容積は蓄冷手段の
十倍以上であるため、蓄冷手段及びヘリウムガス収容手
段内のガス圧が高圧になることを抑制できる。
【００１９】
【実施例】図１〜図４を参照して、本発明をギフォード
マクマホンサイクルを利用した冷凍機（ＧＭ冷凍機）に
適用した第１の実施例について説明する。
マクマホンサイクルを利用した冷凍機（ＧＭ冷凍機）に
適用した第１の実施例について説明する。
【００２０】図１は、第１の実施例によるＧＭ冷凍機の
概略正面図である。なお、説明の都合上ハウジング部に
ついては、一部断面を示している。圧縮機２０と冷凍機
１が高圧側配管２及び低圧側配管３で接続されている。
圧縮機２０は、低圧側配管３を介して冷凍機１からＨｅ
ガスを排気し、圧縮して、高圧側配管２を介して冷凍機
１へＨｅガスを供給する。
概略正面図である。なお、説明の都合上ハウジング部に
ついては、一部断面を示している。圧縮機２０と冷凍機
１が高圧側配管２及び低圧側配管３で接続されている。
圧縮機２０は、低圧側配管３を介して冷凍機１からＨｅ
ガスを排気し、圧縮して、高圧側配管２を介して冷凍機
１へＨｅガスを供給する。
【００２１】冷凍機１の真空容器１０内には、第１段蓄
冷部１１及び第２段蓄冷部１２が直列に接続されて配置
されている。第２段蓄冷部１２の先端には冷却ステージ
１３が設けられている。冷却ステージ１３には、Ｈｅポ
ット１５が密着して設けられている。
冷部１１及び第２段蓄冷部１２が直列に接続されて配置
されている。第２段蓄冷部１２の先端には冷却ステージ
１３が設けられている。冷却ステージ１３には、Ｈｅポ
ット１５が密着して設けられている。
【００２２】被冷却物１６は、Ｈｅポット１５に密着し
て保持され、冷却される。高圧側配管２及び低圧側配管
３は、バルブ７とハウジング６中に形成されたガス流路
４とを介して第１段冷却部１１に接続される。バルブ７
は、シャフト９によりモータ部８に接続されておりシリ
ンダの往復運動に同期して第１段冷却部１１と高圧側配
管２若しくは低圧側配管３との接続切替えが行われる。
て保持され、冷却される。高圧側配管２及び低圧側配管
３は、バルブ７とハウジング６中に形成されたガス流路
４とを介して第１段冷却部１１に接続される。バルブ７
は、シャフト９によりモータ部８に接続されておりシリ
ンダの往復運動に同期して第１段冷却部１１と高圧側配
管２若しくは低圧側配管３との接続切替えが行われる。
【００２３】ハウジング６内には、常時、高圧側配管２
に接続されるガス流路５が形成されている。ガス流路５
は、Ｈｅガス導入用細管１７及び第１段蓄冷部１１と熱
交換を行うためのサーマルアンカ１４を介してＨｅポッ
ト１５に接続されている。このようにして、高圧側配管
２内のガス圧のＨｅガスが、サーマルアンカ１４によっ
て第１段蓄冷部１１の温度まで冷却され、Ｈｅポット１
５に供給される。Ｈｅガス導入用細管１７は、ステンレ
ス等の熱伝導率の悪い材料で構成される。
に接続されるガス流路５が形成されている。ガス流路５
は、Ｈｅガス導入用細管１７及び第１段蓄冷部１１と熱
交換を行うためのサーマルアンカ１４を介してＨｅポッ
ト１５に接続されている。このようにして、高圧側配管
２内のガス圧のＨｅガスが、サーマルアンカ１４によっ
て第１段蓄冷部１１の温度まで冷却され、Ｈｅポット１
５に供給される。Ｈｅガス導入用細管１７は、ステンレ
ス等の熱伝導率の悪い材料で構成される。
【００２４】Ｈｅポット１５は、銅等の熱伝導のよい材
料で構成される。内容積は用途に応じて数ｃｍ3 〜数百
ｃｍ3 とする。図２（Ａ）に示すように、Ｈｅポット内
のガスと、冷却ステージとの熱交換の促進を図るため
に、Ｈｅポットの内部にフィン１８を設けてもよい。ま
た、フィンの代わりに溝を形成してもよい。
料で構成される。内容積は用途に応じて数ｃｍ3 〜数百
ｃｍ3 とする。図２（Ａ）に示すように、Ｈｅポット内
のガスと、冷却ステージとの熱交換の促進を図るため
に、Ｈｅポットの内部にフィン１８を設けてもよい。ま
た、フィンの代わりに溝を形成してもよい。
【００２５】図２（Ｂ）に示すように、Ｈｅポット１５
と冷却ステージ１３とを一体化構造にしてもよい。一体
化構造にすることにより、冷却ステージ１３とＨｅポッ
ト１５との間で熱交換が促進される。一体化構造とせず
Ｈｅポットと冷却ステージとを接着剤で接着する場合に
は、熱伝導率の大きい接着剤で取り付けることが好まし
い。
と冷却ステージ１３とを一体化構造にしてもよい。一体
化構造にすることにより、冷却ステージ１３とＨｅポッ
ト１５との間で熱交換が促進される。一体化構造とせず
Ｈｅポットと冷却ステージとを接着剤で接着する場合に
は、熱伝導率の大きい接着剤で取り付けることが好まし
い。
【００２６】図３は、第１の実施例による極低温冷凍機
の冷却ステージ１３の温度変化を示す。横軸は時間を単
位秒で表し、縦軸は絶対温度を表す。曲線ｐ１はＨｅポ
ットを使用した場合の温度変化、曲線ｑ１はＨｅポット
を使用しない場合の温度変化を示す。Ｈｅポットを使用
しない場合には、温度変化の振幅は約０．４７Ｋである
のに対し、Ｈｅポットを使用した場合の温度変化の振幅
は約０．０３Ｋである。
の冷却ステージ１３の温度変化を示す。横軸は時間を単
位秒で表し、縦軸は絶対温度を表す。曲線ｐ１はＨｅポ
ットを使用した場合の温度変化、曲線ｑ１はＨｅポット
を使用しない場合の温度変化を示す。Ｈｅポットを使用
しない場合には、温度変化の振幅は約０．４７Ｋである
のに対し、Ｈｅポットを使用した場合の温度変化の振幅
は約０．０３Ｋである。
【００２７】図４は、第１の実施例による極低温冷凍機
の冷却ステージ１３の温度変化の振幅を示す。横軸は冷
却ステージの絶対温度を表し、縦軸は冷却ステージの温
度変化の振幅を単位Ｋで表す。曲線ｐ２はＨｅポットを
使用した場合、曲線ｑ２はＨｅポットを使用しない場合
の温度変化の振幅を示す。
の冷却ステージ１３の温度変化の振幅を示す。横軸は冷
却ステージの絶対温度を表し、縦軸は冷却ステージの温
度変化の振幅を単位Ｋで表す。曲線ｐ２はＨｅポットを
使用した場合、曲線ｑ２はＨｅポットを使用しない場合
の温度変化の振幅を示す。
【００２８】Ｈｅポットを使用しない場合の温度変化の
振幅は、冷却ステージの温度が２Ｋ〜１６Ｋの範囲で
０．２Ｋ以上であり、冷却ステージの温度が約１０Ｋの
とき極大値約１Ｋとなる。Ｈｅポットを使用した場合の
温度変化の振幅は、冷却ステージの温度が２Ｋ〜１６Ｋ
の範囲で０．１５Ｋ以下であり、特に冷却ステージの温
度が４Ｋ近傍では０．１Ｋ以下である。
振幅は、冷却ステージの温度が２Ｋ〜１６Ｋの範囲で
０．２Ｋ以上であり、冷却ステージの温度が約１０Ｋの
とき極大値約１Ｋとなる。Ｈｅポットを使用した場合の
温度変化の振幅は、冷却ステージの温度が２Ｋ〜１６Ｋ
の範囲で０．１５Ｋ以下であり、特に冷却ステージの温
度が４Ｋ近傍では０．１Ｋ以下である。
【００２９】このように、Ｈｅポットを使用することに
より、冷却ステージの温度変化を抑制することができ
る。第１の実施例による極低温冷凍機は、従来の極低温
冷凍機にＨｅガス導入用細管１７とＨｅポット１５を追
加しただけの簡単な構成であり、低コストで実現でき
る。さらに、調整弁等の操作を必要とする部分がないた
め、従来の極低温冷凍機と同様の操作で運転することが
できる。
より、冷却ステージの温度変化を抑制することができ
る。第１の実施例による極低温冷凍機は、従来の極低温
冷凍機にＨｅガス導入用細管１７とＨｅポット１５を追
加しただけの簡単な構成であり、低コストで実現でき
る。さらに、調整弁等の操作を必要とする部分がないた
め、従来の極低温冷凍機と同様の操作で運転することが
できる。
【００３０】極低温冷凍機を停止すると、冷却ステージ
１３が徐々に室温に戻る際に、Ｈｅポット１５から高圧
側配管２にガスが戻される。このため、Ｈｅポットに数
百気圧といった高い圧力が印加されることがなく、特別
な圧力管理の必要もない。
１３が徐々に室温に戻る際に、Ｈｅポット１５から高圧
側配管２にガスが戻される。このため、Ｈｅポットに数
百気圧といった高い圧力が印加されることがなく、特別
な圧力管理の必要もない。
【００３１】Ｈｅポット１５内の容積は、圧縮機２０の
ガス容積の数百ないし数千分の一しかない。そのため、
Ｈｅポットが冷却されて内部のガス圧が低下し、圧縮機
内のガスがＨｅポット内に導入されて、Ｈｅポット内の
ガス量が数十倍に増加したとしても圧縮機や冷凍機に対
する影響はほとんどない。
ガス容積の数百ないし数千分の一しかない。そのため、
Ｈｅポットが冷却されて内部のガス圧が低下し、圧縮機
内のガスがＨｅポット内に導入されて、Ｈｅポット内の
ガス量が数十倍に増加したとしても圧縮機や冷凍機に対
する影響はほとんどない。
【００３２】図５は、本発明の第２の実施例による極低
温冷凍機を示す。Ｈｅガス導入用細管１７は、ハウジン
グ６に形成されたガス流路５ａを介して第１段蓄冷部１
１からガスを排気するための低圧側ガス流路２６に接続
されている。低圧側ガス流路２６は、フランジ１９に設
けられたガス流路を介して低圧側配管３に接続されてい
る。その他の構成は、図１の第１の実施例と同様であ
る。このように、第１の実施例では、Ｈｅガス導入用細
管１７は高圧側配管２に接続されていたが、第２の実施
例では低圧側配管３に接続されている。
温冷凍機を示す。Ｈｅガス導入用細管１７は、ハウジン
グ６に形成されたガス流路５ａを介して第１段蓄冷部１
１からガスを排気するための低圧側ガス流路２６に接続
されている。低圧側ガス流路２６は、フランジ１９に設
けられたガス流路を介して低圧側配管３に接続されてい
る。その他の構成は、図１の第１の実施例と同様であ
る。このように、第１の実施例では、Ｈｅガス導入用細
管１７は高圧側配管２に接続されていたが、第２の実施
例では低圧側配管３に接続されている。
【００３３】図８に示すように、温度４Ｋ近傍でのＨｅ
の比熱は、圧力依存性が少ないため、第２の実施例に示
すように低圧側配管からＨｅポットにガスを導入しても
第１の実施例と同様の効果が期待できる。
の比熱は、圧力依存性が少ないため、第２の実施例に示
すように低圧側配管からＨｅポットにガスを導入しても
第１の実施例と同様の効果が期待できる。
【００３４】図６は、本発明の第３の実施例を示す。真
空容器１０内の高温側に高温バッファ２１が設けられて
いる。高温バッファ２１とＨｅポット１５はＨｅガス導
入用細管１７及びサーマルアンカ１４を介して接続さ
れ、気密空間とされている。その他の構成は、図１の第
１の実施例と同様である。
空容器１０内の高温側に高温バッファ２１が設けられて
いる。高温バッファ２１とＨｅポット１５はＨｅガス導
入用細管１７及びサーマルアンカ１４を介して接続さ
れ、気密空間とされている。その他の構成は、図１の第
１の実施例と同様である。
【００３５】Ｈｅポット１５が冷却されると、内部のガ
ス圧が低下し高温バッファ２１からＨｅガスが導入され
る。極低温冷凍機が停止しＨｅポット１５が室温に戻さ
れると、Ｈｅポット１５内のＨｅガスは高温バッファ２
１に戻される。高温バッファ２１の容積がＨｅポット１
５の容積の１０倍以上、好ましくは数十倍であれば、冷
凍機停止時の保存圧力を十数気圧以下にすることが可能
である。従って、極低温冷凍機を停止した場合でも、Ｈ
ｅポットに高圧力が加わることがない。
ス圧が低下し高温バッファ２１からＨｅガスが導入され
る。極低温冷凍機が停止しＨｅポット１５が室温に戻さ
れると、Ｈｅポット１５内のＨｅガスは高温バッファ２
１に戻される。高温バッファ２１の容積がＨｅポット１
５の容積の１０倍以上、好ましくは数十倍であれば、冷
凍機停止時の保存圧力を十数気圧以下にすることが可能
である。従って、極低温冷凍機を停止した場合でも、Ｈ
ｅポットに高圧力が加わることがない。
【００３６】図７は、本発明の第４の実施例を示す。Ｈ
ｅポット１５には、高圧側配管２からバルブ２４を介し
て分岐したＨｅガス導入用細管１７及びサーマルアンカ
１４を介してＨｅガスが導入される。Ｈｅポット１５に
は、温度計２２が設置されており、測定結果が制御装置
２３に入力される。制御装置２３は、Ｈｅポット１５内
の温度が所定の温度になるようにバルブ２４を制御す
る。
ｅポット１５には、高圧側配管２からバルブ２４を介し
て分岐したＨｅガス導入用細管１７及びサーマルアンカ
１４を介してＨｅガスが導入される。Ｈｅポット１５に
は、温度計２２が設置されており、測定結果が制御装置
２３に入力される。制御装置２３は、Ｈｅポット１５内
の温度が所定の温度になるようにバルブ２４を制御す
る。
【００３７】その他の構成は、図１の第１の実施例と同
様である。Ｈｅポット１５の容積は一定であるため、内
部のＨｅガスの温度を測定すれば圧力を求めることがで
きる。従って、バルブ２４を調整することにより、Ｈｅ
ポット１５内の圧力を所定値に保つことができる。
様である。Ｈｅポット１５の容積は一定であるため、内
部のＨｅガスの温度を測定すれば圧力を求めることがで
きる。従って、バルブ２４を調整することにより、Ｈｅ
ポット１５内の圧力を所定値に保つことができる。
【００３８】Ｈｅは、２．５気圧以上になると、超臨界
になり温度を下げても液化しなくなる。バルブ２４を調
整してＨｅポット１５内の圧力が２．５気圧以下になる
ように制御することにより、Ｈｅポット１５内のＨｅを
液化させることができる。Ｈｅポット１５内のＨｅの一
部が液化すれば、熱量の変化は潜熱として使用され温度
変化として現れないため、さらに温度の安定性を高める
ことができる。
になり温度を下げても液化しなくなる。バルブ２４を調
整してＨｅポット１５内の圧力が２．５気圧以下になる
ように制御することにより、Ｈｅポット１５内のＨｅを
液化させることができる。Ｈｅポット１５内のＨｅの一
部が液化すれば、熱量の変化は潜熱として使用され温度
変化として現れないため、さらに温度の安定性を高める
ことができる。
【００３９】さらに、Ｈｅポット１５内のＨｅの液化量
を測定するための液面位計２５を設置してもよい。液面
位計は、例えば液体Ｈｅ温度で超伝導状態になる金属を
使用した超伝導線をＨｅポット１５内に垂直に配置して
構成できる。液体Ｈｅに浸漬した部分は超伝導状態にな
るため電気抵抗は０になり、液面から上部の部分は常伝
導状態の電気抵抗を示す。従って、その電気抵抗を測定
することにより液面の高さを求めることができる。
を測定するための液面位計２５を設置してもよい。液面
位計は、例えば液体Ｈｅ温度で超伝導状態になる金属を
使用した超伝導線をＨｅポット１５内に垂直に配置して
構成できる。液体Ｈｅに浸漬した部分は超伝導状態にな
るため電気抵抗は０になり、液面から上部の部分は常伝
導状態の電気抵抗を示す。従って、その電気抵抗を測定
することにより液面の高さを求めることができる。
【００４０】液面位計２５の出力は制御装置２３に入力
される。制御装置２３は、Ｈｅポット１５内の温度、及
び液面の高さが所定値になるようにバルブ２４を制御す
る。Ｈｅポット１５内のＨｅの液化が始まると、その後
温度は殆ど変化しなくなり、温度を基準とした制御が困
難になる。しかし、上記のように、Ｈｅポット１５内の
Ｈｅの液化量が一定になるように制御することにより、
安定してＨｅポット１５内の温度を制御することができ
る。
される。制御装置２３は、Ｈｅポット１５内の温度、及
び液面の高さが所定値になるようにバルブ２４を制御す
る。Ｈｅポット１５内のＨｅの液化が始まると、その後
温度は殆ど変化しなくなり、温度を基準とした制御が困
難になる。しかし、上記のように、Ｈｅポット１５内の
Ｈｅの液化量が一定になるように制御することにより、
安定してＨｅポット１５内の温度を制御することができ
る。
【００４１】上記実施例では、ＧＭ冷凍機に適用する場
合について説明したが、動作ガスとしてヘリウムを使用
する冷凍機であればその他の冷凍機にも適用可能であ
る。例えば、スターリング冷凍機等にも適用可能であ
る。
合について説明したが、動作ガスとしてヘリウムを使用
する冷凍機であればその他の冷凍機にも適用可能であ
る。例えば、スターリング冷凍機等にも適用可能であ
る。
【００４２】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置構成及び運転操作を複雑にすることなく、極低温冷
凍機の温度変動を抑制することができる。
装置構成及び運転操作を複雑にすることなく、極低温冷
凍機の温度変動を抑制することができる。
【図１】本発明の第１の実施例による極低温冷凍機の一
部断面を含む正面図である。
部断面を含む正面図である。
【図２】本発明の第１の実施例による極低温冷凍機のヘ
リウムポットの断面図である。
リウムポットの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例による極低温冷凍機を使
用した場合の冷却部の温度変化を示すグラフである。
用した場合の冷却部の温度変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施例による極低温冷凍機を使
用した場合の冷却部の温度に対する温度変化の振幅を示
すグラフである。
用した場合の冷却部の温度に対する温度変化の振幅を示
すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施例による極低温冷凍機の一
部断面を含む正面図である。
部断面を含む正面図である。
【図６】本発明の第３の実施例による極低温冷凍機の正
面図である。
面図である。
【図７】本発明の第４の実施例による極低温冷凍機の正
面図である。
面図である。
【図８】Ｃｕ、Ａｌ、Ｈｅの温度に対する比熱の変化を
示すグラフである。
示すグラフである。
１ 冷凍機 ２ 高圧側配管 ３ 低圧側配管 ４、５、５ａ ガス流路 ６ ハウジング ７ バルブ ８ モータ部 ９ シャフト １０ 真空容器 １１ 第１段蓄冷部 １２ 第２段蓄冷部 １３ 冷却シテージ １４ サーマルアンカ １５ Ｈｅポット １６ 被冷却物 １７ Ｈｅガス導入用細管 １８ フィン １９ フランジ ２０ 圧縮機 ２１ 高温バッファ ２２ 温度計 ２３ 制御装置 ２４ 減圧弁 ２５ 液面位計 ２６ 低圧側ガス流路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】Ｈｅは、２．２６気圧以上になると、超臨
界になり温度を下げても液化しなくなる。バルブ２４を
調整してＨｅポット１５内の圧力が２．２６気圧以下に
なるように制御することにより、Ｈｅポット１５内のＨ
ｅを液化させることができる。Ｈｅポット１５内のＨｅ
の一部が液化すれば、熱量の変化は潜熱として使用され
温度変化として現れないため、さらに温度の安定性を高
めることができる。
界になり温度を下げても液化しなくなる。バルブ２４を
調整してＨｅポット１５内の圧力が２．２６気圧以下に
なるように制御することにより、Ｈｅポット１５内のＨ
ｅを液化させることができる。Ｈｅポット１５内のＨｅ
の一部が液化すれば、熱量の変化は潜熱として使用され
温度変化として現れないため、さらに温度の安定性を高
めることができる。
Claims (5)
- 【請求項１】 圧縮ヘリウムガスを生成する圧縮手段
と、 ヘリウムガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張室と、 前記膨張室に圧縮されたヘリウムガスを供給するための
ガス供給手段（２）と、 前記膨張室からヘリウムガスを排出するためのガス排出
手段（３）と、 被冷却物を取り付ける冷却部に設けられた、内部にヘリ
ウムガスまたはヘリウムガスと液体ヘリウムを収納する
蓄冷手段（１５）と、 前記ガス供給手段または前記ガス排出手段と前記蓄冷手
段とを接続するヘリウムガス導入排出手段（５、１７）
とを含む極低温冷凍機。 - 【請求項２】 さらに、前記蓄冷手段に収容されたヘリ
ウムガスの温度を測定するための温度測定手段（２２）
と、 前記ヘリウムガス導入排出手段の途中に設けられた減圧
弁（２４）と、 前記温度測定手段の測定結果が入力され、所定の温度に
保持されるように前記減圧弁を制御するための制御手段
（２３）とを含む請求項１記載の極低温冷凍機。 - 【請求項３】 さらに、前記蓄冷手段に収容された液体
ヘリウムの液面の高さを測定するための液面位測定手段
（２５）が設けられており、 前記制御手段には、さらに、前記液面位測定手段の測定
結果が入力され、液面が所定の高さに保持されるように
前記減圧弁を制御する請求項２記載の極低温冷凍機。 - 【請求項４】 真空容器（１０）内に配置された膨張室
内のヘリウムガスを膨張させて寒冷を発生させる極低温
冷凍機において、 膨張室に圧縮されたヘリウムガスを供給するためのガス
供給手段と、 前記膨張室からヘリウムガスを排出するためのガス排出
手段と、 被冷却物を取り付ける冷却部に設けられた、内部にヘリ
ウムガスまたはヘリウムガスと液体ヘリウムを収納する
蓄冷手段と、 前記真空容器内に配置された、前記蓄冷手段の容積の少
なくとも１０倍以上の容積を持ち、内部にヘリウムガス
を収容するヘリウムガス収容手段（２１）と、 前記ヘリウムガス収容手段と前記蓄冷手段とを接続する
ヘリウムガス導入排出手段とを含む極低温冷凍機。 - 【請求項５】 前記膨張室は、被冷却物を冷却する目標
温度と室温との中間の温度まで冷却するための第１の膨
張室と、前記目標温度まで冷却するための第２の膨張室
とを含み、 前記ヘリウムガス導入排出手段には、前記第１の膨張室
と熱交換を行うための熱交換手段が設けられている請求
項１〜４のいずれかに記載の極低温冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5291869A JP2773793B2 (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | 極低温冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5291869A JP2773793B2 (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | 極低温冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07146020A true JPH07146020A (ja) | 1995-06-06 |
| JP2773793B2 JP2773793B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=17774492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5291869A Expired - Fee Related JP2773793B2 (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | 極低温冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773793B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002285959A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 寒剤再凝縮器の真空維持方法 |
| JP2003075003A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 低温装置 |
| US6584332B2 (en) | 1999-12-16 | 2003-06-24 | Nec Corporation | Electronic equipment |
| WO2004018947A1 (ja) * | 2002-08-20 | 2004-03-04 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | 極低温冷凍機 |
| JP2007127298A (ja) * | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Kobe Steel Ltd | 極低温装置 |
| JP2008151387A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷媒再凝縮装置 |
| JP2008224062A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Toshiba Corp | 蓄冷式冷凍機、凝縮器および蓄冷式冷凍方法 |
| EP2090850A1 (en) * | 2006-11-30 | 2009-08-19 | Ulvac, Inc. | Refrigerating machine |
| JP5788867B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2015-10-07 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷器、ｇｍ冷凍機およびパルスチューブ冷凍機 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59189254A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-26 | 岩谷産業株式会社 | 極低温サ−マルダンパ |
-
1993
- 1993-11-22 JP JP5291869A patent/JP2773793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59189254A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-26 | 岩谷産業株式会社 | 極低温サ−マルダンパ |
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| US7555911B2 (en) | 2002-08-20 | 2009-07-07 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Cryogenic refrigerator |
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| TWI395916B (zh) * | 2006-11-30 | 2013-05-11 | Ulvac Inc | 冷凍機 |
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| US9488390B2 (en) | 2010-03-19 | 2016-11-08 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Regenerator, GM type refrigerator and pulse tube refrigerator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2773793B2 (ja) | 1998-07-09 |
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