JPH0796974B2 - 多段式蓄冷型冷凍機及びそれを組み込んだ冷却装置 - Google Patents
多段式蓄冷型冷凍機及びそれを組み込んだ冷却装置Info
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- JPH0796974B2 JPH0796974B2 JP1286914A JP28691489A JPH0796974B2 JP H0796974 B2 JPH0796974 B2 JP H0796974B2 JP 1286914 A JP1286914 A JP 1286914A JP 28691489 A JP28691489 A JP 28691489A JP H0796974 B2 JPH0796974 B2 JP H0796974B2
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-
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、多段式蓄冷型の冷凍機、及びこの冷凍機を
利用した冷却装置に関するものである。
利用した冷却装置に関するものである。
第29図は、例えば、Advances in Cryogenic Engineerin
g vol.15 p428 1969年に示された従来の多段式蓄冷型冷
凍機であるところの３段GM冷凍機である。図中（１）は
第３段蓄冷器で蓄冷材として鉛玉が用いられている。
（２）は第２段蓄冷器で蓄冷材として鉛玉が用いられ、
（３）は第１蓄冷器で蓄冷材として銅金網が用いられて
いる。（４）は第３段デイスプレーサ、（５）は第２段
デイスプレーサ、（６）は第１段デイスプレーサであ
る。（７）は第３段デイスプレーサ（４）の外周からヘ
リウムガス（16）が漏れることを防ぐ第３段シール、
（８）は第２段デイスプレーサ（５）の外周からヘリウ
ムガス（16）が漏れることを防ぐ第２段シール、（９）
は第１段デイスプレーサ（６）の外周からヘリウムガス
（16）が漏れることを防ぐ第３段シール、（10）はホー
ニングパイプで作られる３段になつているシリンダー、
（11）はへリウム圧縮機（13）で圧縮されたヘリウムガ
ス（16）を導入する吸気バルブ（12）は同じくヘリウム
ガス（16）を排出する排気バルブ、（15）は駆動モー
タ、（14）は駆動モーターの回転を直線運動に変換しこ
の動きに同期させて吸気バルブ（11）排出バルブ（12）
を動作する駆動機構である。（17）はヘリウムガス（1
6）が膨張する第３段膨張室、（18）は同じく第２段膨
張室、（19）も同じく第１段膨張室である。（20）は第
３段膨張室で発生する冷凍を被冷却体（図示せず）に伝
える第３段サーマルステージ、（21）は同じく第２段サ
ーマルステージ、（22）も同じく第１段サーマルステー
ジである。
g vol.15 p428 1969年に示された従来の多段式蓄冷型冷
凍機であるところの３段GM冷凍機である。図中（１）は
第３段蓄冷器で蓄冷材として鉛玉が用いられている。
（２）は第２段蓄冷器で蓄冷材として鉛玉が用いられ、
（３）は第１蓄冷器で蓄冷材として銅金網が用いられて
いる。（４）は第３段デイスプレーサ、（５）は第２段
デイスプレーサ、（６）は第１段デイスプレーサであ
る。（７）は第３段デイスプレーサ（４）の外周からヘ
リウムガス（16）が漏れることを防ぐ第３段シール、
（８）は第２段デイスプレーサ（５）の外周からヘリウ
ムガス（16）が漏れることを防ぐ第２段シール、（９）
は第１段デイスプレーサ（６）の外周からヘリウムガス
（16）が漏れることを防ぐ第３段シール、（10）はホー
ニングパイプで作られる３段になつているシリンダー、
（11）はへリウム圧縮機（13）で圧縮されたヘリウムガ
ス（16）を導入する吸気バルブ（12）は同じくヘリウム
ガス（16）を排出する排気バルブ、（15）は駆動モー
タ、（14）は駆動モーターの回転を直線運動に変換しこ
の動きに同期させて吸気バルブ（11）排出バルブ（12）
を動作する駆動機構である。（17）はヘリウムガス（1
6）が膨張する第３段膨張室、（18）は同じく第２段膨
張室、（19）も同じく第１段膨張室である。（20）は第
３段膨張室で発生する冷凍を被冷却体（図示せず）に伝
える第３段サーマルステージ、（21）は同じく第２段サ
ーマルステージ、（22）も同じく第１段サーマルステー
ジである。
次に動作について説明する。第30図は各膨張室（17）〜
（19）のＰ−Ｖ線図である。縦軸は各膨張室（17）〜
（19）の圧力、横軸は同じく容積である。まず、第30図
における１の状態ではデイスプレーサー（４）〜（６）
は最上端にあり、吸気バルブ（11）が開き排気バルブ
（12）が閉じているので各膨張室（17）〜（19）の圧力
は高圧PHになつている。次に１→２ではデイスプレーサ
ー（４）〜（６）が下に動き、それに伴い高圧のヘリウ
ムガス（16）がそれぞれの蓄冷器（１）〜（３）を通じ
て、それぞれの膨張室に導入される。この間各バルブ
（11）、（12）は動かない。高圧のヘリウムガス（16）
はそれぞれの蓄冷器で冷却され、所定の温度まで冷却さ
れる。２は膨張室の容積が最大になつた状態であり、こ
の時吸気バルブ（11）を閉じて排気バルブ（12）が開
く。この時、高圧のヘリウムガス（16）が低圧ガス部に
膨張して冷凍が発生し３の状態になる。３→４ではデイ
スプレーサー（４）〜（６）が上方に移動した低圧のヘ
リウムガス（16）を排出する。この時の低圧のヘリウム
ガス（16）は各蓄冷器（１）〜（３）を冷却し、自身は
昇温されヘリウム圧縮機（13）に戻る。４は膨張室の容
積が最小になつた状態で、この時排気バルブ（12）は閉
じ、吸気バルブ（11）が開き膨張室（17）〜（19）の圧
力は低圧から高圧になつて１の状態に戻る。
（19）のＰ−Ｖ線図である。縦軸は各膨張室（17）〜
（19）の圧力、横軸は同じく容積である。まず、第30図
における１の状態ではデイスプレーサー（４）〜（６）
は最上端にあり、吸気バルブ（11）が開き排気バルブ
（12）が閉じているので各膨張室（17）〜（19）の圧力
は高圧PHになつている。次に１→２ではデイスプレーサ
ー（４）〜（６）が下に動き、それに伴い高圧のヘリウ
ムガス（16）がそれぞれの蓄冷器（１）〜（３）を通じ
て、それぞれの膨張室に導入される。この間各バルブ
（11）、（12）は動かない。高圧のヘリウムガス（16）
はそれぞれの蓄冷器で冷却され、所定の温度まで冷却さ
れる。２は膨張室の容積が最大になつた状態であり、こ
の時吸気バルブ（11）を閉じて排気バルブ（12）が開
く。この時、高圧のヘリウムガス（16）が低圧ガス部に
膨張して冷凍が発生し３の状態になる。３→４ではデイ
スプレーサー（４）〜（６）が上方に移動した低圧のヘ
リウムガス（16）を排出する。この時の低圧のヘリウム
ガス（16）は各蓄冷器（１）〜（３）を冷却し、自身は
昇温されヘリウム圧縮機（13）に戻る。４は膨張室の容
積が最小になつた状態で、この時排気バルブ（12）は閉
じ、吸気バルブ（11）が開き膨張室（17）〜（19）の圧
力は低圧から高圧になつて１の状態に戻る。
従来の多段式蓄冷型冷凍機では以上のように構成されて
いたので10゜K以下では第３蓄冷器の蓄冷材である鉛の
比熱が小さくなり、またヘリウムガスの比熱が大きくな
るので第３段蓄冷器の効率が急激に低下し6.5゜K以下の
温度を得られない問題があった。
いたので10゜K以下では第３蓄冷器の蓄冷材である鉛の
比熱が小さくなり、またヘリウムガスの比熱が大きくな
るので第３段蓄冷器の効率が急激に低下し6.5゜K以下の
温度を得られない問題があった。
また４゜Kではヘリウムの物性の変化から図示冷凍量よ
り発生冷凍量が小さくなるので従来では問題にはならな
かつたシールのしゆう動抵抗による発熱が問題になる。
り発生冷凍量が小さくなるので従来では問題にはならな
かつたシールのしゆう動抵抗による発熱が問題になる。
また４゜K付近の温度では第３段ヒートステージの比熱
が小さくなり冷凍サイクル中の温度振幅が大きくなり、
また効率を低下させる問題があつた。
が小さくなり冷凍サイクル中の温度振幅が大きくなり、
また効率を低下させる問題があつた。
また従来の多段式蓄冷型冷凍機に、仮に希土類金属を含
む合金または化合物（以後希土類物質と定義する。）を
用いたとすると、蓄冷材の微粉末が運転中の振動で発生
し、シール部へ付着しシール効果を減じたり、デイスプ
レーサーとシリンダーの摩擦を増大させる問題があつ
た。
む合金または化合物（以後希土類物質と定義する。）を
用いたとすると、蓄冷材の微粉末が運転中の振動で発生
し、シール部へ付着しシール効果を減じたり、デイスプ
レーサーとシリンダーの摩擦を増大させる問題があつ
た。
本発明の目的は、上記のような問題点を解消するために
なされたもので効率が高く温度安定性にも秀れ、かつ信
頼性の高い多段式畜冷型冷凍機を得ること、並びにこの
冷凍機を利用した各種冷却装置を提供するにある。
なされたもので効率が高く温度安定性にも秀れ、かつ信
頼性の高い多段式畜冷型冷凍機を得ること、並びにこの
冷凍機を利用した各種冷却装置を提供するにある。
本発明によれば、常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘ
リウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以
上の膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機
において、上記蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含む
合金または化合物を用いることを特徴とした多段式畜冷
型冷凍機が提供される。
リウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以
上の膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機
において、上記蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含む
合金または化合物を用いることを特徴とした多段式畜冷
型冷凍機が提供される。
本発明によれば、常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘ
リウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以
上の膨張室と蓄冷器を有する有する多段式蓄冷型冷凍機
において上記蓄冷器の畜冷材を比熱の大きな温度領域に
応じて二種類以上組み合わせて構成し、高温側にGdRhを
低温側にGd0.5Er0.5Rhを用い、上記GdRhの重量比を45％
〜65％にすることを特徴とする多段式蓄冷型冷凍機が提
供される。
リウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以
上の膨張室と蓄冷器を有する有する多段式蓄冷型冷凍機
において上記蓄冷器の畜冷材を比熱の大きな温度領域に
応じて二種類以上組み合わせて構成し、高温側にGdRhを
低温側にGd0.5Er0.5Rhを用い、上記GdRhの重量比を45％
〜65％にすることを特徴とする多段式蓄冷型冷凍機が提
供される。
また本発明によれば、常温部の圧縮機で圧縮された同一
のヘリウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２
個以上の膨張室と蓄冷器を有する多段式蓄冷型冷凍機に
おいてシールのしゆう動抵抗による発熱量を膨張室での
等温過程に基づく理論発生冷凍量より小さくしたことを
特徴とする多段式蓄冷型冷凍機が提供される。
のヘリウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２
個以上の膨張室と蓄冷器を有する多段式蓄冷型冷凍機に
おいてシールのしゆう動抵抗による発熱量を膨張室での
等温過程に基づく理論発生冷凍量より小さくしたことを
特徴とする多段式蓄冷型冷凍機が提供される。
また本発明によれば、常温部の圧縮機で圧縮された同一
のヘリウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２
個以上の膨張室と蓄冷器を有する多段式蓄冷型冷凍機に
おいてシリンダーのシールしゆう動部外面に熱の良導体
からなるサーマルアンカを取り付け、上記サーマルアン
カを高温側のサーマルステージに熱的に接続しシールの
しゆう動抵抗による発熱を高温側のサーマルステージで
吸収させることを特徴とする多段式蓄冷型冷凍機が提供
される。
のヘリウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２
個以上の膨張室と蓄冷器を有する多段式蓄冷型冷凍機に
おいてシリンダーのシールしゆう動部外面に熱の良導体
からなるサーマルアンカを取り付け、上記サーマルアン
カを高温側のサーマルステージに熱的に接続しシールの
しゆう動抵抗による発熱を高温側のサーマルステージで
吸収させることを特徴とする多段式蓄冷型冷凍機が提供
される。
さらに本発明によれば、常温部の圧縮機で圧縮された同
一のヘリウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる
２個以上の膨張室と蓄冷器を有する多段式蓄冷型冷凍機
において10゜K以下の温度になるシリンダの先端部、サ
ーマルステージもしくはデイスプレーサーの先端部にそ
の温度領域で比熱の大きな希土類金属を含む合金または
化合物もしくはヘリウムを入れた容器を取り付け冷凍サ
イクル中の温度変化を少なくしたことを特徴とする多段
式蓄冷型冷凍機が提供される。
一のヘリウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる
２個以上の膨張室と蓄冷器を有する多段式蓄冷型冷凍機
において10゜K以下の温度になるシリンダの先端部、サ
ーマルステージもしくはデイスプレーサーの先端部にそ
の温度領域で比熱の大きな希土類金属を含む合金または
化合物もしくはヘリウムを入れた容器を取り付け冷凍サ
イクル中の温度変化を少なくしたことを特徴とする多段
式蓄冷型冷凍機が提供される。
さらに、本発明によれば、改良された多段式蓄冷型冷凍
機をクライオポンプ、超電導マグネツト、SQUID、超電
導コンピュータ、赤外線遠望鏡へ組み込んだ装置が提供
される。
機をクライオポンプ、超電導マグネツト、SQUID、超電
導コンピュータ、赤外線遠望鏡へ組み込んだ装置が提供
される。
本発明においては、多段式蓄冷型冷凍機の冷凍能力を向
上でき、また、各種装置を良好に冷却できる。
上でき、また、各種装置を良好に冷却できる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において（１）は第３段蓄冷器の低温部、（23）は第
３段蓄冷器の高温部、（24）はシリンダーのシールしゆ
う動部の外面に取り付けられたサーマルアンカ、（25）
は第３デイスプレーサー（４）の先端に取り付けられた
内部均熱用蓄冷材、（26）は同じく第３段サーマルステ
ージ（20）に取り付けられた外部均熱用蓄冷材である。
（27）はトラツプ用磁石である。
図において（１）は第３段蓄冷器の低温部、（23）は第
３段蓄冷器の高温部、（24）はシリンダーのシールしゆ
う動部の外面に取り付けられたサーマルアンカ、（25）
は第３デイスプレーサー（４）の先端に取り付けられた
内部均熱用蓄冷材、（26）は同じく第３段サーマルステ
ージ（20）に取り付けられた外部均熱用蓄冷材である。
（27）はトラツプ用磁石である。
第５図（ａ）（ｂ）において（28）は第３段シールであ
るピストンリング（7a）のテンシヨンリングである。
（7b）は第３段シールであるラビリンスシールを示す。
るピストンリング（7a）のテンシヨンリングである。
（7b）は第３段シールであるラビリンスシールを示す。
第７図において（29）は断熱のための真空槽、（30）は
ヘリウム導管、（31）はヘリウムボンベ、（32）はヘリ
ウムボンベのガスを減圧する減圧弁、（33）は圧力計、
（34）はヘリウムタンクを用いた外部均熱用蓄冷材（2
6）に取り付けられたヒーター、（35）は液体ヘリウ
ム、（36）は温度センサー、（37）は放射シールドであ
る。
ヘリウム導管、（31）はヘリウムボンベ、（32）はヘリ
ウムボンベのガスを減圧する減圧弁、（33）は圧力計、
（34）はヘリウムタンクを用いた外部均熱用蓄冷材（2
6）に取り付けられたヒーター、（35）は液体ヘリウ
ム、（36）は温度センサー、（37）は放射シールドであ
る。
第９図において（38）は蓄冷材が微粉化してできた蓄冷
材微粉末、（39）は蓄冷器出口部に設けられたトラツプ
用磁石２、（40）は蓄冷器中心部に設けられたトラツプ
用磁石３である。
材微粉末、（39）は蓄冷器出口部に設けられたトラツプ
用磁石２、（40）は蓄冷器中心部に設けられたトラツプ
用磁石３である。
上記のように構成された多段式蓄冷型冷凍機においては
第３段蓄冷機の蓄冷材（１）、（23）に10゜K以下の低
温で比熱の大きな希土類物質を用いるので蓄冷器として
の効率を向上させることが可能となる。第２図に単位体
積当りの鉛と希土類物質例えばGdRhとGd0.5Er0.5Rhと20
バールのヘリウムの比熱を示す。第１図において例えば
約20バールに圧縮されたヘリウムガスは第１段蓄冷器
（３）で40゜K、第２段蓄冷器（２）で11゜Kに冷却さ
れ、第３段蓄冷器（１）でさらに冷却され第３段膨張室
（17）に導かれる。この時、例えば第３段蓄冷器（１）
の蓄冷材として鉛を用いると第２図に示すように比熱が
ヘリウムガスより小さいのでヘリウムガスは充分冷却さ
れずに第３段膨張室（17）に導かれるので膨張室の温度
が上昇し、損失が生じる。しかし蓄冷材として冷えばGd
Rhを用いれば第２図に示すように比熱が鉛より大きいの
で損失が小さくなり到達温度が下がる。
第３段蓄冷機の蓄冷材（１）、（23）に10゜K以下の低
温で比熱の大きな希土類物質を用いるので蓄冷器として
の効率を向上させることが可能となる。第２図に単位体
積当りの鉛と希土類物質例えばGdRhとGd0.5Er0.5Rhと20
バールのヘリウムの比熱を示す。第１図において例えば
約20バールに圧縮されたヘリウムガスは第１段蓄冷器
（３）で40゜K、第２段蓄冷器（２）で11゜Kに冷却さ
れ、第３段蓄冷器（１）でさらに冷却され第３段膨張室
（17）に導かれる。この時、例えば第３段蓄冷器（１）
の蓄冷材として鉛を用いると第２図に示すように比熱が
ヘリウムガスより小さいのでヘリウムガスは充分冷却さ
れずに第３段膨張室（17）に導かれるので膨張室の温度
が上昇し、損失が生じる。しかし蓄冷材として冷えばGd
Rhを用いれば第２図に示すように比熱が鉛より大きいの
で損失が小さくなり到達温度が下がる。
鉛とGdRhを第３段蓄冷器の蓄冷材（１）に用いた比較実
験を行なつた結果、鉛では到達温度が6.5゜K程度である
がGdRhを用いると5.5゜Kまで冷却できた。また第２図か
ら明らかなようにGdRhは20゜Kから7.5゜Kで比熱が大き
く、Gd0.5Er0.5Rhは7.5゜K以下で比熱が大きいのでGdRh
を第３段蓄冷器の高温部（23）に用いGd0.5Er0.5Rhを第
３段蓄冷器の低温部（１）に用いればより高い高率で動
作する。第３図にGd0.5Er0.5RhとGdRhの比率を変化させ
た際の到達温度の変化を示す。GdRhの重量比を45％〜65
％にすれば到達温度が下がる。第４図に等温変化を仮定
した際の発生冷凍量の温度変化を示す。高圧は20バール
低圧は６バールとしている。発生冷凍量は図示冷凍量で
無次元化してある。温度が高ければヘリウムガス（16）
は理想気体とみなせ、無次元化された発生冷凍量はほぼ
１になる。しかし第４図に示すように７゜K以下の温度
領域では急激に小さくなる。従来の多段式蓄冷型冷凍機
ではこの点が明らかにされてなかつた。そのため、第３
段シール（７）の面圧が大きくしゆう動抵抗による発熱
が問題となる。
験を行なつた結果、鉛では到達温度が6.5゜K程度である
がGdRhを用いると5.5゜Kまで冷却できた。また第２図か
ら明らかなようにGdRhは20゜Kから7.5゜Kで比熱が大き
く、Gd0.5Er0.5Rhは7.5゜K以下で比熱が大きいのでGdRh
を第３段蓄冷器の高温部（23）に用いGd0.5Er0.5Rhを第
３段蓄冷器の低温部（１）に用いればより高い高率で動
作する。第３図にGd0.5Er0.5RhとGdRhの比率を変化させ
た際の到達温度の変化を示す。GdRhの重量比を45％〜65
％にすれば到達温度が下がる。第４図に等温変化を仮定
した際の発生冷凍量の温度変化を示す。高圧は20バール
低圧は６バールとしている。発生冷凍量は図示冷凍量で
無次元化してある。温度が高ければヘリウムガス（16）
は理想気体とみなせ、無次元化された発生冷凍量はほぼ
１になる。しかし第４図に示すように７゜K以下の温度
領域では急激に小さくなる。従来の多段式蓄冷型冷凍機
ではこの点が明らかにされてなかつた。そのため、第３
段シール（７）の面圧が大きくしゆう動抵抗による発熱
が問題となる。
第５図（ａ）（ｂ）にピストンリング式の第３段シール
（7a）の構造を示す。ピストンリング（7a）はテンシヨ
ンリング（28）によつて外周方向の力を受ける。そのた
め、ピストンリング（7a）の外周面とシリンダ（10）の
内周面が密着し、ヘリウムガス（16）が通過するの防
ぐ。テンシヨンリング（28）の力が大きい程密着性が上
りシール性も良くなる。しかし、面圧が大きくなるので
シールのしゆう動抵抗が大きくなり発熱も大きくなる。
従来は発生冷凍量と図示冷凍量が等しいと考えられてい
たのでテンシヨンリング（28）の面圧が課題であつた。
本発明においては、発生冷凍量を計算し、もれが少な
く、かつ、冷凍を発生できるテンシヨンリング（28）の
力を選択した。例えばしゆう動抵抗が図示冷凍量の４％
になる様にしたところ、良好なシール性を得た。シール
部のもれ量はシリンダー内面の表面荒さにも依存する。
第６図にシリンダの内面荒さと、第３段サーマルステー
ジ（20）の到達温度の関係を示す。シリンダ内面の表面
荒さを0.5μmRMSとしたので到達温度3.68゜Kを得た。
（7a）の構造を示す。ピストンリング（7a）はテンシヨ
ンリング（28）によつて外周方向の力を受ける。そのた
め、ピストンリング（7a）の外周面とシリンダ（10）の
内周面が密着し、ヘリウムガス（16）が通過するの防
ぐ。テンシヨンリング（28）の力が大きい程密着性が上
りシール性も良くなる。しかし、面圧が大きくなるので
シールのしゆう動抵抗が大きくなり発熱も大きくなる。
従来は発生冷凍量と図示冷凍量が等しいと考えられてい
たのでテンシヨンリング（28）の面圧が課題であつた。
本発明においては、発生冷凍量を計算し、もれが少な
く、かつ、冷凍を発生できるテンシヨンリング（28）の
力を選択した。例えばしゆう動抵抗が図示冷凍量の４％
になる様にしたところ、良好なシール性を得た。シール
部のもれ量はシリンダー内面の表面荒さにも依存する。
第６図にシリンダの内面荒さと、第３段サーマルステー
ジ（20）の到達温度の関係を示す。シリンダ内面の表面
荒さを0.5μmRMSとしたので到達温度3.68゜Kを得た。
また第５図（ｃ）にラビリンス式の第３段シール（7b）
を用いた例を示す。ラビリンスシール（7b）外周面とシ
リンダー内周面のすきまは非常に小さくしてあるのでヘ
リウム（16）が通過する際の抵抗が大きくなり通過する
量を少なくするものである。このシールはしゆう動抵抗
が小さいので発熱も小さい。
を用いた例を示す。ラビリンスシール（7b）外周面とシ
リンダー内周面のすきまは非常に小さくしてあるのでヘ
リウム（16）が通過する際の抵抗が大きくなり通過する
量を少なくするものである。このシールはしゆう動抵抗
が小さいので発熱も小さい。
第１図に示す内部均熱用蓄冷材（25）は極低温で比熱の
大きな希土類物質例えばErRhやErNi2からなるものであ
り冷凍発生部の熱容量を大きくする。その結果冷凍サイ
クル中の温度変化が小さくなり、ひいては効率を向上さ
せる。
大きな希土類物質例えばErRhやErNi2からなるものであ
り冷凍発生部の熱容量を大きくする。その結果冷凍サイ
クル中の温度変化が小さくなり、ひいては効率を向上さ
せる。
外部均熱用蓄冷材（26）も上述したのと同様な効果を有
する。外部均熱用蓄冷材（26）としては、上述した希土
類物質の外にヘリウムタンクも考えられる。
する。外部均熱用蓄冷材（26）としては、上述した希土
類物質の外にヘリウムタンクも考えられる。
第７図は以上の発明の効果を証明するために行なつた実
験の模式図である。冷凍機の低温になる部分は真空槽
（29）中で真空断熱されている。放射シールド（37）は
低温部への放射による熱侵入を低減している。（26）は
外部均熱用蓄冷材であるヘリウムタンクである。ヘリウ
ムボンベ（31）のヘリウムは減圧弁（32）で減圧され大
気圧程度の圧力にされヘリウム導管（30）を用いてヘリ
ウムタンク（26）に導かれる。ヒータ（34）は加熱用で
温度センサ（36）は、第３段サーマルステージ（20）の
温度を示す。この実験装置を用いて実験を行なつた結果
世界で初めてGM冷凍機単独でヘリウムを液化することが
できた。第８図に、この冷凍機の冷却能力を示す。到達
温度は3.58゜Kであつた。これはこれまでの記録6.5゜K
を大きく上まわるものである。
験の模式図である。冷凍機の低温になる部分は真空槽
（29）中で真空断熱されている。放射シールド（37）は
低温部への放射による熱侵入を低減している。（26）は
外部均熱用蓄冷材であるヘリウムタンクである。ヘリウ
ムボンベ（31）のヘリウムは減圧弁（32）で減圧され大
気圧程度の圧力にされヘリウム導管（30）を用いてヘリ
ウムタンク（26）に導かれる。ヒータ（34）は加熱用で
温度センサ（36）は、第３段サーマルステージ（20）の
温度を示す。この実験装置を用いて実験を行なつた結果
世界で初めてGM冷凍機単独でヘリウムを液化することが
できた。第８図に、この冷凍機の冷却能力を示す。到達
温度は3.58゜Kであつた。これはこれまでの記録6.5゜K
を大きく上まわるものである。
希土類物質は、一般にもろく長時間使用すると第９図に
示すように蓄冷材微粉末（38）が生じ第３段膨張室（1
7）に排出されたシール部に付着してもそれを増大させ
る原因となる。一方、蓄冷材に用いる希土類物質は使用
する温度領域では多くが強磁性体になる。トラツプ用磁
石（27）は強磁性体となつた蓄冷材微粉末を吸着する。
その結果シール部は影響を受けない。トラツプ用磁石２
（39）は第３蓄冷器（１）の出口にあり蓄冷材微粉末
（38）が排出されるのを抑制する。トラツプ用磁石３
（40）は第３段蓄冷器（１）の内部にあり同じく蓄冷材
微粉末（38）が排出されるのを抑制する。
示すように蓄冷材微粉末（38）が生じ第３段膨張室（1
7）に排出されたシール部に付着してもそれを増大させ
る原因となる。一方、蓄冷材に用いる希土類物質は使用
する温度領域では多くが強磁性体になる。トラツプ用磁
石（27）は強磁性体となつた蓄冷材微粉末を吸着する。
その結果シール部は影響を受けない。トラツプ用磁石２
（39）は第３蓄冷器（１）の出口にあり蓄冷材微粉末
（38）が排出されるのを抑制する。トラツプ用磁石３
（40）は第３段蓄冷器（１）の内部にあり同じく蓄冷材
微粉末（38）が排出されるのを抑制する。
第10図は本発明を利用した３段式キフオードマクホン冷
凍機の構成を示し、第11図にこの冷凍機の性能を示す。
第11図において、4.2゜K以下の温度が得られたことが示
されている。第10図中、50は３段式ギフオードマクホン
冷凍機、51は圧縮機及び52,53,54はそれぞれ第１段，第
２段，第３段ヒートステージを示す。
凍機の構成を示し、第11図にこの冷凍機の性能を示す。
第11図において、4.2゜K以下の温度が得られたことが示
されている。第10図中、50は３段式ギフオードマクホン
冷凍機、51は圧縮機及び52,53,54はそれぞれ第１段，第
２段，第３段ヒートステージを示す。
なお、上記実施例では３段GM冷凍機について説明したが
２段もしくは４段以上のGM冷凍機であつても同様な効果
を奏する。また、ソルベーサイクル、改良ソルベーサイ
クル、ヴイルマイヤーサイクル、スターリングサイクル
等の冷凍機に適応できることはもちろんである。
２段もしくは４段以上のGM冷凍機であつても同様な効果
を奏する。また、ソルベーサイクル、改良ソルベーサイ
クル、ヴイルマイヤーサイクル、スターリングサイクル
等の冷凍機に適応できることはもちろんである。
以上のように、第１、第２の発明によれば蓄冷器の蓄冷
材に希土類物質を用いたので極低温領域で高い冷凍機の
効率が得られる。第３の発明によればシールのしゆう動
抵抗による発熱量を理論発生冷凍量より小さくしたので
冷凍能力が向上する。第４の発明によればシリンダーの
シールしゆう動部外面にサーマルアンカを取り付け、こ
れを高温側のサーマルステージに熱的に接続したのでシ
ールのしゆう動抵抗による発熱を高温側のサーマルステ
ージで吸収でき冷凍能力が向上する。第５の発明によれ
ばデイスプレーサーの先端部に第３段サーマルステー
ジ、シリンダーの先端部に均熱用蓄冷材を設けたので温
度振幅が小さくなり、また効率も向上する。第６の発明
によればデイプレーサーに蓄冷材の微粉末トラツプ用磁
石を取り付けたのでシール部等への悪影響が少なくなり
長期信頼性が向上する。
材に希土類物質を用いたので極低温領域で高い冷凍機の
効率が得られる。第３の発明によればシールのしゆう動
抵抗による発熱量を理論発生冷凍量より小さくしたので
冷凍能力が向上する。第４の発明によればシリンダーの
シールしゆう動部外面にサーマルアンカを取り付け、こ
れを高温側のサーマルステージに熱的に接続したのでシ
ールのしゆう動抵抗による発熱を高温側のサーマルステ
ージで吸収でき冷凍能力が向上する。第５の発明によれ
ばデイスプレーサーの先端部に第３段サーマルステー
ジ、シリンダーの先端部に均熱用蓄冷材を設けたので温
度振幅が小さくなり、また効率も向上する。第６の発明
によればデイプレーサーに蓄冷材の微粉末トラツプ用磁
石を取り付けたのでシール部等への悪影響が少なくなり
長期信頼性が向上する。
第12図は、上述の第１〜第５発明による多段式蓄冷型冷
凍機を利用したクライオポンプの一実施例を示す概略図
で、（101）は本発明による、到達温度が4.2゜K以下の
能力をもつた３段GM冷凍機であり、３段目蓄例器に蓄冷
材としてたとえばGdRhとアトム比が0.5対0.5対１である
GdEr Rhを用いたものであり、（102）〜（104）はそれ
ぞれ３段GM冷凍機（101）の一段目ヒートステージ、２
段目ヒートステージ、３段目ヒートステージ、（105）
は１段目ヒートステージ（102）にとりつけた１段目パ
ネル、（106）は２段目ヒートステージ（103）にとりつ
けた２段目パネル、（107）は３段目ヒートステージ（1
04）にとりつけた３段目パネル、（108）は３段目パネ
ル（107）に付着した活性炭、（109）は真空容器であ
る。
凍機を利用したクライオポンプの一実施例を示す概略図
で、（101）は本発明による、到達温度が4.2゜K以下の
能力をもつた３段GM冷凍機であり、３段目蓄例器に蓄冷
材としてたとえばGdRhとアトム比が0.5対0.5対１である
GdEr Rhを用いたものであり、（102）〜（104）はそれ
ぞれ３段GM冷凍機（101）の一段目ヒートステージ、２
段目ヒートステージ、３段目ヒートステージ、（105）
は１段目ヒートステージ（102）にとりつけた１段目パ
ネル、（106）は２段目ヒートステージ（103）にとりつ
けた２段目パネル、（107）は３段目ヒートステージ（1
04）にとりつけた３段目パネル、（108）は３段目パネ
ル（107）に付着した活性炭、（109）は真空容器であ
る。
３段GM冷凍機の１段目ヒートステージ（102）、２段目
ヒートステージ（103）、及び３段目ヒートステージ（1
04）でそれぞれ１段目パネル（105）、２段目パネル（1
06）、３段目パネル（107）を冷却する。冷凍機の第１
段は50゜K前後の範囲で作動し、２段目パネルに対し輻
射遮蔽の機能を果たす１段目パネルを冷却するのに用い
られる。水蒸気がクライオポンプにあつた時、１段目パ
ネルに水蒸気は凍結する。第２段は15゜K前後の範囲で
作動し３段目パネルに対し輻射遮蔽の機能を果たす２段
目パネルを冷却するのに用いられる。このパネルにはち
つ素，酸素，及びアルゴンが凍結する。第３段は４゜K
前後で作動しHe,H2を凍結する３段目パネルを冷却する
のに用いられる。この温度でも凍結しないHeはパネルの
内側に付けられた活性炭に付着される。
ヒートステージ（103）、及び３段目ヒートステージ（1
04）でそれぞれ１段目パネル（105）、２段目パネル（1
06）、３段目パネル（107）を冷却する。冷凍機の第１
段は50゜K前後の範囲で作動し、２段目パネルに対し輻
射遮蔽の機能を果たす１段目パネルを冷却するのに用い
られる。水蒸気がクライオポンプにあつた時、１段目パ
ネルに水蒸気は凍結する。第２段は15゜K前後の範囲で
作動し３段目パネルに対し輻射遮蔽の機能を果たす２段
目パネルを冷却するのに用いられる。このパネルにはち
つ素，酸素，及びアルゴンが凍結する。第３段は４゜K
前後で作動しHe,H2を凍結する３段目パネルを冷却する
のに用いられる。この温度でも凍結しないHeはパネルの
内側に付けられた活性炭に付着される。
第13図は別の実施例を示す。第13図中、同一符号は同一
又は対応部分を示す。２段目パネルの内側にも活性炭を
付着することにより３段目パネルの活性炭の負担量を減
すことができる。
又は対応部分を示す。２段目パネルの内側にも活性炭を
付着することにより３段目パネルの活性炭の負担量を減
すことができる。
この発明に係るクライポンプは、多段ヒートステージを
もつ到達温度が4.2゜K以下の蓄冷型冷凍機を用いること
により、活性炭なしでもH2,Heを凍結できるようにする
とともに活性炭の吸着量を活性炭の温度をさげることに
より増大させるようにしたものである。
もつ到達温度が4.2゜K以下の蓄冷型冷凍機を用いること
により、活性炭なしでもH2,Heを凍結できるようにする
とともに活性炭の吸着量を活性炭の温度をさげることに
より増大させるようにしたものである。
第14図ないし第17図は、第１図にないし第11図に関して
説明した本発明による冷凍機を用いた超電導マグネツト
用冷却装置の好ましい態様を示す。
説明した本発明による冷凍機を用いた超電導マグネツト
用冷却装置の好ましい態様を示す。
第14図において（201）はMRI用超電導マグネツトの真空
槽、（202）は第１輻射熱シールド、（203）は第２輻射
熱シールド、（204）はヘリウム槽、（205）はヘリウム
槽（204）の中に収納された超電導マグネツト、（206）
は超電導マグネツト（205）を冷却する液体ヘリウム、
（207）は液体ヘリウム（206）の蒸発ガス、（208）は
蒸発ガス（207）が再び冷却されてできた液滴、（209）
はヘリウム槽（204）を真空槽（201）から断熱的に支持
する支持装置、（210）はヘリウム槽に通じるポート、
（215）は断熱のための真空部（214）は断熱のための多
層断熱材、（220）は３段式ギフオード・マクマホン冷
凍機、（230）は第１輻射熱シールドと３段式ギフオー
ド・マクマホン冷凍機の第１段ヒートステージを結合す
る止めネジ、（231）は第２輻射熱シールドと３段式ギ
フオード・マクマホン冷機機の第２段ヒートステージを
結合する止めネジ、（232）はヘリウム槽と３段式ギフ
オード・マクマホン冷凍機の第３段ヒートステージを結
合する止めネジ、（229）は３段式ギフオード・マクマ
ホン冷凍機（220）を真空槽（201）に結合するボルト、
（228）は真空シール用のガスケツト、（221）はヘリウ
ムガスの圧縮機、（222）は圧縮された高圧のヘリウム
ガスを３段式ギフオード・マクマホン冷凍機（220）に
供給する高圧ホース、（223）は３段式ギフオード・マ
クマホン冷凍機（220）で膨張した低圧のヘリウムガス
を圧縮機（221）に戻す低圧ホースである。
槽、（202）は第１輻射熱シールド、（203）は第２輻射
熱シールド、（204）はヘリウム槽、（205）はヘリウム
槽（204）の中に収納された超電導マグネツト、（206）
は超電導マグネツト（205）を冷却する液体ヘリウム、
（207）は液体ヘリウム（206）の蒸発ガス、（208）は
蒸発ガス（207）が再び冷却されてできた液滴、（209）
はヘリウム槽（204）を真空槽（201）から断熱的に支持
する支持装置、（210）はヘリウム槽に通じるポート、
（215）は断熱のための真空部（214）は断熱のための多
層断熱材、（220）は３段式ギフオード・マクマホン冷
凍機、（230）は第１輻射熱シールドと３段式ギフオー
ド・マクマホン冷凍機の第１段ヒートステージを結合す
る止めネジ、（231）は第２輻射熱シールドと３段式ギ
フオード・マクマホン冷機機の第２段ヒートステージを
結合する止めネジ、（232）はヘリウム槽と３段式ギフ
オード・マクマホン冷凍機の第３段ヒートステージを結
合する止めネジ、（229）は３段式ギフオード・マクマ
ホン冷凍機（220）を真空槽（201）に結合するボルト、
（228）は真空シール用のガスケツト、（221）はヘリウ
ムガスの圧縮機、（222）は圧縮された高圧のヘリウム
ガスを３段式ギフオード・マクマホン冷凍機（220）に
供給する高圧ホース、（223）は３段式ギフオード・マ
クマホン冷凍機（220）で膨張した低圧のヘリウムガス
を圧縮機（221）に戻す低圧ホースである。
３段式ギフオード・マクマホン冷凍機（220）の第３段
ヒートステージはヘリウム槽（４）に結合手段である止
ネジ（232）によつて、できるだけ熱抵抗が小さいよう
に取付けられる。第３段ヒートステージで発生された寒
冷はヘリウム槽（204）の隔壁を通してヘリウム槽内の
蒸発ガスに伝えられ、この蒸発ガスを再液化する。
ヒートステージはヘリウム槽（４）に結合手段である止
ネジ（232）によつて、できるだけ熱抵抗が小さいよう
に取付けられる。第３段ヒートステージで発生された寒
冷はヘリウム槽（204）の隔壁を通してヘリウム槽内の
蒸発ガスに伝えられ、この蒸発ガスを再液化する。
３段式ギフオード・マクマホン冷凍機（220）の第１段
ヒートステージと第２段ヒートステージはそれぞれ第１
輻射熱シールドと第２輻射熱シールドに取りつけられ、
それぞれのシールドを約80゜Kと約20゜Kに冷却する。
ヒートステージと第２段ヒートステージはそれぞれ第１
輻射熱シールドと第２輻射熱シールドに取りつけられ、
それぞれのシールドを約80゜Kと約20゜Kに冷却する。
なお上記実施例では、第３段ヒートステージで発生した
寒冷をヘリウム槽の隔壁を通して蒸発ガスに与えている
が、第15図に示すように、第３段ヒートステージをヘリ
ウム槽内部に露出するように構成してもよい（この場合
真空シール用のガスケツト（236）が必要となる）。ま
た第16図に示すように冷凍機用ポートを設けてこの中に
３段式ギフオード・マクマホン冷凍機を挿入し、第３段
ヒートステージで蒸発ガスを再液化するとともに、第１
段ヒートステージや第２段ヒートステージで、冷凍機用
ポートの隔壁を通して輻射熱シールドを冷却することも
できる。さらに第17図に示すように冷却機用ポートの形
状を多段式に変化させ、冷凍機のヒートステージと輻射
熱シールドとの接触を強固にすることも考えられる。第
14図−第17図中、同一符号は同一部分を示す。
寒冷をヘリウム槽の隔壁を通して蒸発ガスに与えている
が、第15図に示すように、第３段ヒートステージをヘリ
ウム槽内部に露出するように構成してもよい（この場合
真空シール用のガスケツト（236）が必要となる）。ま
た第16図に示すように冷凍機用ポートを設けてこの中に
３段式ギフオード・マクマホン冷凍機を挿入し、第３段
ヒートステージで蒸発ガスを再液化するとともに、第１
段ヒートステージや第２段ヒートステージで、冷凍機用
ポートの隔壁を通して輻射熱シールドを冷却することも
できる。さらに第17図に示すように冷却機用ポートの形
状を多段式に変化させ、冷凍機のヒートステージと輻射
熱シールドとの接触を強固にすることも考えられる。第
14図−第17図中、同一符号は同一部分を示す。
上記実施例ではMRI用超電導マグネツトについて説明し
たが、本発明は磁気浮上用超電導マグネツトや加速器用
の超電導マグネツトのように冷凍負荷が4.2゜Kで数ワツ
ト程度の超電導マグネツトに広く適用できる。
たが、本発明は磁気浮上用超電導マグネツトや加速器用
の超電導マグネツトのように冷凍負荷が4.2゜Kで数ワツ
ト程度の超電導マグネツトに広く適用できる。
従来の超電導マグネツト用冷却装置に使用されているヘ
リウム液化機（たとえば、第１回低温工学サマーセミナ
ーテキスト（1988）P14低温工学協会や第34回低温工学
研究発表会予稿集（1985）P88低温工学協会等に示され
た従来のMRI用超電導マグネツト用冷却装置）は熱交換
器とジユール・トムソン弁が使用しているために、構造
が複雑でコストが高く、しかも性能が劣化しやすく信頼
性が著しく低いという問題点があった。
リウム液化機（たとえば、第１回低温工学サマーセミナ
ーテキスト（1988）P14低温工学協会や第34回低温工学
研究発表会予稿集（1985）P88低温工学協会等に示され
た従来のMRI用超電導マグネツト用冷却装置）は熱交換
器とジユール・トムソン弁が使用しているために、構造
が複雑でコストが高く、しかも性能が劣化しやすく信頼
性が著しく低いという問題点があった。
上述の発明態様によれば4.2゜K以下の温度を発生できる
多段用の蓄冷型冷凍機を超電導マグネツトに組み込ん
で、これによつて蒸発するヘリウムガスを再液化すると
ともに、同じ冷凍機で輻射熱シールドをも冷却するよう
にしたので、構造が簡単で信頼性が高く、しかも安価な
超電導マグネツト用の冷却装置が得られる効果がある。
多段用の蓄冷型冷凍機を超電導マグネツトに組み込ん
で、これによつて蒸発するヘリウムガスを再液化すると
ともに、同じ冷凍機で輻射熱シールドをも冷却するよう
にしたので、構造が簡単で信頼性が高く、しかも安価な
超電導マグネツト用の冷却装置が得られる効果がある。
第18図ないし第20図は、第１図ないし第11図に関して説
明した、本発明による冷凍機を用いたSQUID用冷却装置
の好しい態様の示す。
明した、本発明による冷凍機を用いたSQUID用冷却装置
の好しい態様の示す。
第18図において、（301）は本発明によるヘリウムを液
化する能力を有する冷凍機であり、（302）はGFRP等非
磁性の材料で作られる真空槽である。（306）は第２段
サーマルステージ（305）に取り付けられた第２段サー
マルシールドで（307）は第３段サーマルステージであ
る。（308）は第３段サーマルシールド（307）に熱的に
接続されたヘリウム凝縮器でヘリウム（310）を凝縮す
るものである。（309）はヘリウム（310）の液と蒸気が
通るヒートパイプである。（311）はヒートパイプ（30
9）の先に取り付けられたSQUID、（312）はSQUID（31
1）に外部信号をよく伝えるために非磁性材料（例えば
アルミナ）で作られた非磁性サーマルシールド、（31
5）は第３段シリンダで（316）は各シリンダ（313），
（314），（315）、各サーマルステージ（307）．（30
5）．（307）の表面及び各サーマルシールド（304）（3
05）にコーテイングされた例えばイツトリウム系の高温
超電導体である。
化する能力を有する冷凍機であり、（302）はGFRP等非
磁性の材料で作られる真空槽である。（306）は第２段
サーマルステージ（305）に取り付けられた第２段サー
マルシールドで（307）は第３段サーマルステージであ
る。（308）は第３段サーマルシールド（307）に熱的に
接続されたヘリウム凝縮器でヘリウム（310）を凝縮す
るものである。（309）はヘリウム（310）の液と蒸気が
通るヒートパイプである。（311）はヒートパイプ（30
9）の先に取り付けられたSQUID、（312）はSQUID（31
1）に外部信号をよく伝えるために非磁性材料（例えば
アルミナ）で作られた非磁性サーマルシールド、（31
5）は第３段シリンダで（316）は各シリンダ（313），
（314），（315）、各サーマルステージ（307）．（30
5）．（307）の表面及び各サーマルシールド（304）（3
05）にコーテイングされた例えばイツトリウム系の高温
超電導体である。
冷凍機（301）を動作させると第１段サーマルステージ
（303）は40゜K程度に第１段サーマルシールド（304）
も40゜K代に冷却され、また、第２段サーマルステージ
（305）は11゜K程度に第２段サーマルシールド（306）
も同様な温度に冷却される。第３段サーマルステージ
（307）がヘリウム（310）を液化できる温度になるとヘ
リウム凝縮機（308）で液化が始まり、液化したヘリウ
ム（310）は、非磁性材からなるヒートパイプ（309）の
内部を重力方向に流れ、ヒートパイプの先端にたまり、
SQUID（311）を冷却する。この状態になると表面に取り
付けた高温超電導体（316）が超電導になり完全反磁性
になるので冷凍機内で生じる磁気ノイズを完全にシャフ
トアウトできる。ヒートパイプ（309）への放射による
熱侵入は第１段サーマルシールド（304）た第２段サー
マルシールド（306）及び非磁性サーマルシールド（31
2）によつて低減されている。このためヒートパイプ（3
09）をかなり長くすることも可能である。真空槽（30
2）と非磁性サーマルシールド（312）は非磁性であるの
でSQUID（311）で微細な磁場を測定することが可能にな
る。
（303）は40゜K程度に第１段サーマルシールド（304）
も40゜K代に冷却され、また、第２段サーマルステージ
（305）は11゜K程度に第２段サーマルシールド（306）
も同様な温度に冷却される。第３段サーマルステージ
（307）がヘリウム（310）を液化できる温度になるとヘ
リウム凝縮機（308）で液化が始まり、液化したヘリウ
ム（310）は、非磁性材からなるヒートパイプ（309）の
内部を重力方向に流れ、ヒートパイプの先端にたまり、
SQUID（311）を冷却する。この状態になると表面に取り
付けた高温超電導体（316）が超電導になり完全反磁性
になるので冷凍機内で生じる磁気ノイズを完全にシャフ
トアウトできる。ヒートパイプ（309）への放射による
熱侵入は第１段サーマルシールド（304）た第２段サー
マルシールド（306）及び非磁性サーマルシールド（31
2）によつて低減されている。このためヒートパイプ（3
09）をかなり長くすることも可能である。真空槽（30
2）と非磁性サーマルシールド（312）は非磁性であるの
でSQUID（311）で微細な磁場を測定することが可能にな
る。
なお上記実施例では、SQUID（311）が１個のものについ
て示したが２個以上のSQUID（311）を用いたシステムに
用いても良い。また高温で動作する（例えば20゜K）SQU
ID（図示せず）に対してはヘリウム（310）の代わりに
水素や、ネオンを使用しても良い。また高温超電導体
（316）の代わりに他の従来からある超電導体を用いて
もよい。
て示したが２個以上のSQUID（311）を用いたシステムに
用いても良い。また高温で動作する（例えば20゜K）SQU
ID（図示せず）に対してはヘリウム（310）の代わりに
水素や、ネオンを使用しても良い。また高温超電導体
（316）の代わりに他の従来からある超電導体を用いて
もよい。
また、第19図に示すようにヒートパイプ（309）を用い
ずに直接SQUID（311）をヘリウム凝縮器（308）や、第
３段サーマルステージ（307）に取り付けることも可能
である。
ずに直接SQUID（311）をヘリウム凝縮器（308）や、第
３段サーマルステージ（307）に取り付けることも可能
である。
また第20図に示すようにヘリウム凝縮器（308）の圧力
を外部の圧力制御部（322）を用い圧力制御管（323）を
介して制御すれば温度安定度がさらに高まる。
を外部の圧力制御部（322）を用い圧力制御管（323）を
介して制御すれば温度安定度がさらに高まる。
例えば第37回低温工学研究発表会予稿集P165に示された
従来のSQUID用冷却装置では、冷凍機が生じる磁気ノイ
ズをさけるために冷却管を用いて寒冷を移送しSQUIDを
冷凍機から離して冷却しているがこの方法だと、圧縮機
や熱交換器が必要となり装置が複雑になり、また冷却管
のつまり等の可能性が大きく信頼性を低下させる欠点が
あつた。その上冷却温度がステージ温度やヘリウム流量
の影響を受け安定しないのでSQUIDの動作が不安定にな
る欠点もあつた。
従来のSQUID用冷却装置では、冷凍機が生じる磁気ノイ
ズをさけるために冷却管を用いて寒冷を移送しSQUIDを
冷凍機から離して冷却しているがこの方法だと、圧縮機
や熱交換器が必要となり装置が複雑になり、また冷却管
のつまり等の可能性が大きく信頼性を低下させる欠点が
あつた。その上冷却温度がステージ温度やヘリウム流量
の影響を受け安定しないのでSQUIDの動作が不安定にな
る欠点もあつた。
第18図ないし第20図に示すSQUID冷却装置は冷凍機の発
生する磁気ノイズを、高温超電導体で完全にしや閉する
ことができる。またヒートパイプを用いてSQUIDを冷却
しているので取り付けの自由度が大きく冷却温度も安定
している。
生する磁気ノイズを、高温超電導体で完全にしや閉する
ことができる。またヒートパイプを用いてSQUIDを冷却
しているので取り付けの自由度が大きく冷却温度も安定
している。
第21図ないし第25図は、第１図ないし第11図で述べた本
発明による冷凍機を用いて超電導コンピユータ用冷却装
置のいくつかの好ましい態様を示す。
発明による冷凍機を用いて超電導コンピユータ用冷却装
置のいくつかの好ましい態様を示す。
第21図は本発明による超電導コンピユータ用冷却装置の
第１の実施例を示す。図において（401）はGM冷凍機の
モータとバルブ、（402）は一段目シリンダ、（403）は
２段目シリンダ、（404）は超電導コンピユータのイン
ターフエイス、（405）はゲートバルブ、（406）はI/O
ケーブル、（407）は超電導体により形成されたロジツ
ク及びメモリカード、（408）はロジツク及びメモリカ
ード（407）を磁場から守る超電導磁気シールド、（40
9）はロジツク及びメモリカード（407）を冷却する液体
ヘリウムを冷却するための液体ヘリウムバスであり、I/
Oケーブルの引出し容器を兼ねている。（414）は１段目
サーマルステージ、（411）は２段目サーマルステー
ジ、（412）はGM冷蔵機の３段目サーマルステージであ
りここでヘリウムを液化可能な温度を得る。（416）はG
M冷蔵機へ供給されるヘリウムガス、（417）はGM冷蔵機
から取りだされるもどりガス、（418）はGM冷凍機の３
段目シリンダであり、この３段目シリンダ（418）の蓄
冷器には蓄冷材として例えばGdRhと原子比が0.5:0.5:1
であるGdErRhを用いている。（423）は真空容器であ
る。（425）は真空容器（423）内に配置された輻射シー
ルド容器である。
第１の実施例を示す。図において（401）はGM冷凍機の
モータとバルブ、（402）は一段目シリンダ、（403）は
２段目シリンダ、（404）は超電導コンピユータのイン
ターフエイス、（405）はゲートバルブ、（406）はI/O
ケーブル、（407）は超電導体により形成されたロジツ
ク及びメモリカード、（408）はロジツク及びメモリカ
ード（407）を磁場から守る超電導磁気シールド、（40
9）はロジツク及びメモリカード（407）を冷却する液体
ヘリウムを冷却するための液体ヘリウムバスであり、I/
Oケーブルの引出し容器を兼ねている。（414）は１段目
サーマルステージ、（411）は２段目サーマルステー
ジ、（412）はGM冷蔵機の３段目サーマルステージであ
りここでヘリウムを液化可能な温度を得る。（416）はG
M冷蔵機へ供給されるヘリウムガス、（417）はGM冷蔵機
から取りだされるもどりガス、（418）はGM冷凍機の３
段目シリンダであり、この３段目シリンダ（418）の蓄
冷器には蓄冷材として例えばGdRhと原子比が0.5:0.5:1
であるGdErRhを用いている。（423）は真空容器であ
る。（425）は真空容器（423）内に配置された輻射シー
ルド容器である。
GM冷蔵器の１段目サーマルステージ（410）と２段目サ
ーマルシテージ（411）で液体ヘリウムバスのサーマル
フアンカをとる。１段目サーマルステージ（410）で50
゜K前後２段目サーマルステージ（411）で10゜K〜15゜K
の温度を得る。更に３段目サーマルステージ（412）で
ヘリウムガスを凝縮可能な4.2゜Kの温度を得る。超電導
コンピユータのロジツク及びメモリーカードの発熱ある
いは液体ヘリウムバスへの熱侵入により液体ヘリウムの
一部が蒸発する。気化したヘリウムガムは３段目サーマ
ルステージ（412）で冷却され凝縮し再び液体ヘリウム
（422）になる。
ーマルシテージ（411）で液体ヘリウムバスのサーマル
フアンカをとる。１段目サーマルステージ（410）で50
゜K前後２段目サーマルステージ（411）で10゜K〜15゜K
の温度を得る。更に３段目サーマルステージ（412）で
ヘリウムガスを凝縮可能な4.2゜Kの温度を得る。超電導
コンピユータのロジツク及びメモリーカードの発熱ある
いは液体ヘリウムバスへの熱侵入により液体ヘリウムの
一部が蒸発する。気化したヘリウムガムは３段目サーマ
ルステージ（412）で冷却され凝縮し再び液体ヘリウム
（422）になる。
この実施例では、従来技術たとえばNBS SPECIAL PUBLIC
ATION 607 P93−102に記載された超電導コンピユータ冷
却装置中に設置されているJTループを必要としないため
超電導コンピユータ用冷却装置の構造が簡単でかつ小型
になり、また取扱いが容易で信頼性の向上と長寿命化を
図ることができる。
ATION 607 P93−102に記載された超電導コンピユータ冷
却装置中に設置されているJTループを必要としないため
超電導コンピユータ用冷却装置の構造が簡単でかつ小型
になり、また取扱いが容易で信頼性の向上と長寿命化を
図ることができる。
第22図は、この発明の他の一実施例を示す。図中（40
1）〜（412），（416）．（417）．（418）．（422）．
（423）は第21図の構成と同じである。（419）はヘリウ
ムを封入したヘリウム溜であり、３段目サーマルステー
ジ（412）に取り付けられている。
1）〜（412），（416）．（417）．（418）．（422）．
（423）は第21図の構成と同じである。（419）はヘリウ
ムを封入したヘリウム溜であり、３段目サーマルステー
ジ（412）に取り付けられている。
ヘリウムの液化温度付近では、ヘリウムの比熱は大きく
なるので３段目サーマルステージ（412）の温度の安定
化に役立つ。
なるので３段目サーマルステージ（412）の温度の安定
化に役立つ。
第23図は、更にこの発明の他の一実施例を示し、３段の
サーマルステージで、サーマルアンカをとつている液体
ヘリウムバス（409）のそれぞれのサーマルステージ間
はGFRP等の断熱材（421）を挾んで互いに接続すること
により常温からの伝導による熱侵入も防ぐように構成し
ている。
サーマルステージで、サーマルアンカをとつている液体
ヘリウムバス（409）のそれぞれのサーマルステージ間
はGFRP等の断熱材（421）を挾んで互いに接続すること
により常温からの伝導による熱侵入も防ぐように構成し
ている。
第24図は液体ヘリウムバス（409）にたとえば銅のシー
ルド板（424）を取りつけることにより、輻射熱を防ぐ
ようにしたこの発明の他の一実施例を示す。上記各実施
例では３段のGM冷凍機を用いたがヘリウムを液化可能な
蓄冷型冷凍機ならどれでも適用できることはいうまでも
ない。
ルド板（424）を取りつけることにより、輻射熱を防ぐ
ようにしたこの発明の他の一実施例を示す。上記各実施
例では３段のGM冷凍機を用いたがヘリウムを液化可能な
蓄冷型冷凍機ならどれでも適用できることはいうまでも
ない。
第25図は、この発明の別の発明の一実施例を示す。図中
（401）〜（412），（416）．（417）．（418）．（42
2）．（423）は第21図の構成と同じである。（419）は
ヘリウムを封入したヘリウム溜でありGM冷凍機の３段目
サーマルステージに取り付けられている。（420）は超
電導体より形成されたロジツク及びメモリカード（40
7）を載せる基板であり、上記ヘリウム溜（419）に取り
付けられている。（426）はロジツク及びメモリカード
に接続されたI/Oケーブルを外部へ引出すためのI/Oケー
ブル引出し容器である。上記基板（420）は、ヘリウム
溜（419）から寒冷を伝導されることにより、液体ヘリ
ウム温度まで冷却され、その結果ロジツク及びメモリカ
ードは作動可能となる。この実施例では、液体ヘリウム
バスが不要となるので安価かつ小型な超電導コンピユー
タ用冷却装置を実現することができる。
（401）〜（412），（416）．（417）．（418）．（42
2）．（423）は第21図の構成と同じである。（419）は
ヘリウムを封入したヘリウム溜でありGM冷凍機の３段目
サーマルステージに取り付けられている。（420）は超
電導体より形成されたロジツク及びメモリカード（40
7）を載せる基板であり、上記ヘリウム溜（419）に取り
付けられている。（426）はロジツク及びメモリカード
に接続されたI/Oケーブルを外部へ引出すためのI/Oケー
ブル引出し容器である。上記基板（420）は、ヘリウム
溜（419）から寒冷を伝導されることにより、液体ヘリ
ウム温度まで冷却され、その結果ロジツク及びメモリカ
ードは作動可能となる。この実施例では、液体ヘリウム
バスが不要となるので安価かつ小型な超電導コンピユー
タ用冷却装置を実現することができる。
以上のようにこの発明によれば蓄冷型冷凍機のみでヘリ
ウムを凝縮させる様にしたもので、構造が簡単で小型に
なり、また取扱いが容易で信頼性のある長寿命なものが
得られる効果がある。
ウムを凝縮させる様にしたもので、構造が簡単で小型に
なり、また取扱いが容易で信頼性のある長寿命なものが
得られる効果がある。
更に、この発明の別の発明によれば、液体ヘリウムバス
が不要となるので、安価かつ小型の超電導コンピユータ
用冷却装置を実現することができる。
が不要となるので、安価かつ小型の超電導コンピユータ
用冷却装置を実現することができる。
第26図ないし第28図は、第１図ないし第11図に示し、か
つこれについて説明した本発明による冷凍機を用いた赤
外線望遠鏡の冷却装置の好ましい実施態様を示す。
つこれについて説明した本発明による冷凍機を用いた赤
外線望遠鏡の冷却装置の好ましい実施態様を示す。
第26図は、本発明による赤外線望遠鏡の冷却装置の第１
実施例を示す。図において（501）は外部から入射する
赤外線、（502）はケース、（503）はこのケース（50
2）内に設置され、外部から入射した赤外線（501）を最
初に反射する第１反射鏡、（504）は第１反射鏡（503）
で反射された赤外線（501）を更に反射する第２反射
鏡、（505）はこの第２反射鏡（504）で反射された赤外
線（501）を受信する赤外線素子、（508）は到達温度が
２゜Kから4.2゜Kの３段GM冷凍機であつて３段目蓄冷器
の蓄冷材としてたとえばGdRh及び原子比が0.5対0.5対１
のGdErRhを用いたものである。（509）は赤外線素子（5
05）と熱接触し、ヘリウムを封入しているヘリウム溜、
（510）は３段GM冷凍器（508）への供給ヘリウムガス、
（511）は３段GM冷凍器（508）からのもどりガス、（51
5）〜（517）は３段GM冷凍機（508）のそれぞれ１段目
サーマルステージ、２段目サーマルステージ及び３段目
サーマルステージである。
実施例を示す。図において（501）は外部から入射する
赤外線、（502）はケース、（503）はこのケース（50
2）内に設置され、外部から入射した赤外線（501）を最
初に反射する第１反射鏡、（504）は第１反射鏡（503）
で反射された赤外線（501）を更に反射する第２反射
鏡、（505）はこの第２反射鏡（504）で反射された赤外
線（501）を受信する赤外線素子、（508）は到達温度が
２゜Kから4.2゜Kの３段GM冷凍機であつて３段目蓄冷器
の蓄冷材としてたとえばGdRh及び原子比が0.5対0.5対１
のGdErRhを用いたものである。（509）は赤外線素子（5
05）と熱接触し、ヘリウムを封入しているヘリウム溜、
（510）は３段GM冷凍器（508）への供給ヘリウムガス、
（511）は３段GM冷凍器（508）からのもどりガス、（51
5）〜（517）は３段GM冷凍機（508）のそれぞれ１段目
サーマルステージ、２段目サーマルステージ及び３段目
サーマルステージである。
外部から入射した赤外線（501）は第１反射鏡（503）で
反射し、第２反射鏡（504）に集光される。第２反射鏡
（504）に集光された赤外線（501）は第２反射鏡（50
4）で更に反射され赤外線素子（505）に集光される。こ
のとき３段GM冷凍機（508）の３段目サーマルステージ
（508）は温度が２゜Kから4.2゜Kになつており、これと
熱接触しているヘリウム溜（509）も２゜Kから4.2゜Kに
なつている。ヘリウム溜（509）に封入しているヘリウ
ムはこの温度領域では比熱が大きいので３段目サーマル
ステージ（508）が温度振幅してもヘリウム溜（509）は
ほとんど温度振幅しない。したがつてヘリウム溜（50
9）と熱接触している赤外線素子（505）は温度振幅せず
２゜Kから4.2゜Kに冷却される。100μから1000μｍの赤
外線を受信する赤外線素子（505）は２゜K〜4.2゜Kで作
動可能となるので第２反射鏡（504）で赤外線素子（50
5）に集光された赤外線を受信することが可能となる。
反射し、第２反射鏡（504）に集光される。第２反射鏡
（504）に集光された赤外線（501）は第２反射鏡（50
4）で更に反射され赤外線素子（505）に集光される。こ
のとき３段GM冷凍機（508）の３段目サーマルステージ
（508）は温度が２゜Kから4.2゜Kになつており、これと
熱接触しているヘリウム溜（509）も２゜Kから4.2゜Kに
なつている。ヘリウム溜（509）に封入しているヘリウ
ムはこの温度領域では比熱が大きいので３段目サーマル
ステージ（508）が温度振幅してもヘリウム溜（509）は
ほとんど温度振幅しない。したがつてヘリウム溜（50
9）と熱接触している赤外線素子（505）は温度振幅せず
２゜Kから4.2゜Kに冷却される。100μから1000μｍの赤
外線を受信する赤外線素子（505）は２゜K〜4.2゜Kで作
動可能となるので第２反射鏡（504）で赤外線素子（50
5）に集光された赤外線を受信することが可能となる。
第27図はこの発明の他の一実施例を示す。１段目サーマ
ルステージに第１シールド板（513）、２段目サーマル
ステージに第２シールド板（512）、３段目サーマルス
テージに第３シールド板（514）をとりつけた。第１シ
ールド板は１段目サーマルステージによつて50゜K前後
に冷却され第２シールド板の輻射遮蔽の機能を果たす。
第２シールド板は２段目サーマルステージによつて15゜
K前後に冷却され第1.第３反射鏡及び第３シールド板の
輻射遮蔽の機能を果たす。第３シールド板は３段目サー
マルステージによつて２゜K〜4.2゜Kに冷却され赤外線
素子の輻射遮蔽の機能を果たす。これにより赤外線素子
及び第1,第２反射鏡への輻射熱は軽減される。
ルステージに第１シールド板（513）、２段目サーマル
ステージに第２シールド板（512）、３段目サーマルス
テージに第３シールド板（514）をとりつけた。第１シ
ールド板は１段目サーマルステージによつて50゜K前後
に冷却され第２シールド板の輻射遮蔽の機能を果たす。
第２シールド板は２段目サーマルステージによつて15゜
K前後に冷却され第1.第３反射鏡及び第３シールド板の
輻射遮蔽の機能を果たす。第３シールド板は３段目サー
マルステージによつて２゜K〜4.2゜Kに冷却され赤外線
素子の輻射遮蔽の機能を果たす。これにより赤外線素子
及び第1,第２反射鏡への輻射熱は軽減される。
第28図は別の発明の一実施例を示す。ヘリウム溜（50
9）のヘリウムの圧力を調節するため圧力コントロール
装置として信号を入力する入力ポート（518）、信号を
伝える配線（519）、入力ポート（518）で入力されたデ
ジタル信号をうけとるデジタル入力回路（520）、デジ
タル入力回路（520）の信号をうけとめるCPU（521）、C
PU（521）の信号をうけとる出力コントール回路（52
2）、出力コントロール回路（522）の信号をうけとるア
クチユエータ（523）、ヘリウム溜と接続されている圧
力導管（524）にとりつけられたバルブ（525）、バルブ
（525）とつながつている高圧タンク（526）及び真空タ
ンク（527）から構成されている。
9）のヘリウムの圧力を調節するため圧力コントロール
装置として信号を入力する入力ポート（518）、信号を
伝える配線（519）、入力ポート（518）で入力されたデ
ジタル信号をうけとるデジタル入力回路（520）、デジ
タル入力回路（520）の信号をうけとめるCPU（521）、C
PU（521）の信号をうけとる出力コントール回路（52
2）、出力コントロール回路（522）の信号をうけとるア
クチユエータ（523）、ヘリウム溜と接続されている圧
力導管（524）にとりつけられたバルブ（525）、バルブ
（525）とつながつている高圧タンク（526）及び真空タ
ンク（527）から構成されている。
赤外線素子（505）の温度を変えたいとき入力ポート（5
18）より入力値を入れ、デジタル入力回路（520）を通
じてCPU（521）にその信号を伝達する。
18）より入力値を入れ、デジタル入力回路（520）を通
じてCPU（521）にその信号を伝達する。
CPU（521）は温度の関数になつている出力信号を出力す
る。出力コントロール回路（522）でCPU（521）で出力
信号を出力する。出力コントロール回路（522）でCPU
（521）で出力された信号の大きさを調整しアクチユエ
ータ（523）に伝達する。アクチユエータ（523）は信号
の大きさに応じバルブ（525）を開閉する。ヘリウム溜
のヘリウムは、２゜Kから4.2゜Kの温度領域では沸騰状
態にある。ヘリウムの沸点は圧力が小さいほど低くなる
ので、もし赤外線素子（505）の温度を下げたいときは
ヘリウム溜（509）のヘリウムの圧力をさげればよい。
従つて真空ポンプ（527）側のバルブをひらき調節す
る。ヘリウム溜（509）の圧力センサ（528）で読みとり
信号をA/D変換器（529）でデジタルに変換し、CPU（52
1）に伝える。所定の圧力になつていればバルブ（525）
を閉じる命令をもつた信号をCPU（521）から出力する。
赤外線素子（505）の温度を上げたい場合は、逆にヘリ
ウム溜（509）の圧力を上げるようにするため高圧タン
ク（526）側のバルブ（525）をあけるようにすればよ
い。
る。出力コントロール回路（522）でCPU（521）で出力
信号を出力する。出力コントロール回路（522）でCPU
（521）で出力された信号の大きさを調整しアクチユエ
ータ（523）に伝達する。アクチユエータ（523）は信号
の大きさに応じバルブ（525）を開閉する。ヘリウム溜
のヘリウムは、２゜Kから4.2゜Kの温度領域では沸騰状
態にある。ヘリウムの沸点は圧力が小さいほど低くなる
ので、もし赤外線素子（505）の温度を下げたいときは
ヘリウム溜（509）のヘリウムの圧力をさげればよい。
従つて真空ポンプ（527）側のバルブをひらき調節す
る。ヘリウム溜（509）の圧力センサ（528）で読みとり
信号をA/D変換器（529）でデジタルに変換し、CPU（52
1）に伝える。所定の圧力になつていればバルブ（525）
を閉じる命令をもつた信号をCPU（521）から出力する。
赤外線素子（505）の温度を上げたい場合は、逆にヘリ
ウム溜（509）の圧力を上げるようにするため高圧タン
ク（526）側のバルブ（525）をあけるようにすればよ
い。
このようにすることにより赤外線素子の温度を２゜Kか
ら4.2゜Kの範囲で自由にコントロールすることができる
ようになる。
ら4.2゜Kの範囲で自由にコントロールすることができる
ようになる。
この発明によれば、たとえばNEWTON COLLECTION天体観
測（教育社）に示された従来の赤外線望遠鏡に設けられ
ていた液体ヘリウムタンクが必要でなく、また随時液体
ヘリウムを供給する必要もなくなる。
測（教育社）に示された従来の赤外線望遠鏡に設けられ
ていた液体ヘリウムタンクが必要でなく、また随時液体
ヘリウムを供給する必要もなくなる。
以上述べたように、この発明によれば、多段式蓄型冷凍
器の冷却能力を向上することができ、またクライオポン
プ、超電導マグネツト、SQUID、超電導コンピユータ、
赤外線望遠鏡へ組み込むことにより、各種装置を良好に
冷却することができる効果がある。
器の冷却能力を向上することができ、またクライオポン
プ、超電導マグネツト、SQUID、超電導コンピユータ、
赤外線望遠鏡へ組み込むことにより、各種装置を良好に
冷却することができる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による３段GM冷凍機を示す
断面側面図、第２図は蓄冷材の比熱の温度変化を示す特
性図、第３図はGdRhの比率を変えた際の第３ステージ温
度の変化を示す特性図、第４図は論理発生冷凍量の温度
変化を示す特性図、第５図（ａ）（ｃ）はシール部の詳
細を示す断面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ
断面図、第６図は実験の模式図、第７図は冷凍能力の温
度変化を示す特性図、第８図はシリンダー内面の表面荒
さが第３ステージ温度に与える影響を示す特性図、第９
図は蓄冷材の微細末をトラツプする様子を示す断面図、
第10図はこの発明に用いた３段ギフオード・マクマホン
冷凍機の構成を示す概念図である。第11図は冷却性能を
示す特性図である。第12図はこの発明の一実施例による
クライオポンプを示す概念図、第13図はこの発明の他の
実施例を示す概念図、第14図はこの発明の一実地例によ
る超電導マグネツト用冷却装置を示す断面図、第15.16.
17図はそれぞれこの発明の他の実施例を示す断面図であ
る。第18図はこの発明の一実施例によるSQUID用冷却装
置を示す概念図、第19図はこの発明の他の実施例による
SQUID用冷却装置を示す概念図、第20図はこの発明の他
の実施例によるSQUID用冷却装置を示す概念図、第21図
はこの発明の一実施例による超電導コンピユータを示す
概念図、第22図〜第24図はこの発明の他の一実施例を示
す概念図、第25図はこの発明の別の発明の一実施例を示
す概念図、第26図はこの発明の一実施例による赤外線望
遠鏡の冷却装置を示す概念図、第27図はこの発明の他の
実施例を示す赤外線、望遠鏡の冷却装置の概念図、第28
図は別の発明の一実施例を示す赤外線望遠鏡の冷却装置
の概念図、第29図は従来の３段GM冷凍機、第30図は冷凍
サイクルを示すPV線図を示す。 図中、（１）は第３段蓄冷器（低温部）、（７）は第３
段シール、（10）はシリンダー、（13）はヘリウム圧縮
機、（16）はヘリウムガス、（17）は３段膨張室、（2
0）は第３段サーマルステージ、（21）は第２段サーマ
ルステージ、（23）は第３段蓄冷器（高温部）、（24）
はサーマルアンカー、（25）は内部均熱用蓄冷材、（2
6）は外部均熱用蓄冷材、（27）はトラツプ用磁石であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
断面側面図、第２図は蓄冷材の比熱の温度変化を示す特
性図、第３図はGdRhの比率を変えた際の第３ステージ温
度の変化を示す特性図、第４図は論理発生冷凍量の温度
変化を示す特性図、第５図（ａ）（ｃ）はシール部の詳
細を示す断面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ−Ａ
断面図、第６図は実験の模式図、第７図は冷凍能力の温
度変化を示す特性図、第８図はシリンダー内面の表面荒
さが第３ステージ温度に与える影響を示す特性図、第９
図は蓄冷材の微細末をトラツプする様子を示す断面図、
第10図はこの発明に用いた３段ギフオード・マクマホン
冷凍機の構成を示す概念図である。第11図は冷却性能を
示す特性図である。第12図はこの発明の一実施例による
クライオポンプを示す概念図、第13図はこの発明の他の
実施例を示す概念図、第14図はこの発明の一実地例によ
る超電導マグネツト用冷却装置を示す断面図、第15.16.
17図はそれぞれこの発明の他の実施例を示す断面図であ
る。第18図はこの発明の一実施例によるSQUID用冷却装
置を示す概念図、第19図はこの発明の他の実施例による
SQUID用冷却装置を示す概念図、第20図はこの発明の他
の実施例によるSQUID用冷却装置を示す概念図、第21図
はこの発明の一実施例による超電導コンピユータを示す
概念図、第22図〜第24図はこの発明の他の一実施例を示
す概念図、第25図はこの発明の別の発明の一実施例を示
す概念図、第26図はこの発明の一実施例による赤外線望
遠鏡の冷却装置を示す概念図、第27図はこの発明の他の
実施例を示す赤外線、望遠鏡の冷却装置の概念図、第28
図は別の発明の一実施例を示す赤外線望遠鏡の冷却装置
の概念図、第29図は従来の３段GM冷凍機、第30図は冷凍
サイクルを示すPV線図を示す。 図中、（１）は第３段蓄冷器（低温部）、（７）は第３
段シール、（10）はシリンダー、（13）はヘリウム圧縮
機、（16）はヘリウムガス、（17）は３段膨張室、（2
0）は第３段サーマルステージ、（21）は第２段サーマ
ルステージ、（23）は第３段蓄冷器（高温部）、（24）
はサーマルアンカー、（25）は内部均熱用蓄冷材、（2
6）は外部均熱用蓄冷材、（27）はトラツプ用磁石であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｊ 1/02 Ｈ 8803−2Ｇ 5/02 Ｔ Ｇ０１Ｒ 33/035 8203−2Ｇ Ｇ０２Ｂ 23/16 Ｈ０１Ｆ 6/04 Ｈ０１Ｌ 39/04 (31)優先権主張番号 特願昭63−284455 (32)優先日 昭63(1988)11月９日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願昭63−285991 (32)優先日 昭63(1988)11月11日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 昭51−52378（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−44557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−113876（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−38862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−210359（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−66027（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−291410（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−167531（ＪＰ，Ｕ)
Claims (15)
- 【請求項１】常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリウ
ムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以上の
膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機にお
いて、上記蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含み液体
ヘリウム温度近傍の温度領域で比熱の大きい合金または
化合物を用い、最終段ディスプレーサとシリンダ間の摺
動抵抗による発熱量を液体ヘリウム温度近傍における膨
張室での等温過程に基づく理論発生冷凍量より小さくし
たことを特徴とする多段式蓄冷型冷凍機。 - 【請求項２】前記シールの摺動抵抗による発熱量を図示
冷凍量（理想気体を仮定した冷凍発生量）の約４％とし
た請求項１記載の多段式蓄熱型冷凍機。 - 【請求項３】前記最終ディスプレーサのシリンダの内表
面の荒さを３μmRMS以下とした請求項１記載の多段式蓄
熱型冷凍機。 - 【請求項４】前記蓄冷器の蓄冷材を比熱の大きな温度領
域に応じて二種類以上組み合わせて構成し、高温側にGd
Rhを低温側にGd0.5Er0.5Rhを用い、上記GdRhの重量比を
45％〜65％とした請求項１記載の多段式蓄熱型冷凍機。 - 【請求項５】常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリウ
ムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以上の
膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機にお
いて、シリンダのシールしゆう動部外面に熱の良導体か
らなるサーマルアンカを取り付け、サーマルアンカを高
温側のサーマルステージに熱的に接続しシールのしゆう
動抵抗による発熱を高温側のサーマルステージで吸収さ
せることを特徴とする多段式蓄冷型冷凍機。 - 【請求項６】常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリウ
ムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以上の
膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機にお
いて、10゜Ｋ以下の温度になるシリンダの先端部、サー
マルステージもしくはディスプレーサーの先端部にその
温度領域で比熱の大きな希土類金属を含む合金または化
合物もしくはヘリウムを入れた容器を取り付け冷凍サイ
クル中の温度変化を少なくしたことを特徴とする多段式
蓄冷型冷凍機。 - 【請求項７】蓄冷材の微粉末をトラップするための磁石
を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
多段式蓄冷型冷凍機。 - 【請求項８】常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリウ
ムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以上の
膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機にお
いて、上記蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含み液体
ヘリウム温度近傍の温度領域で比熱の大きい合金または
化合物を用い、最終段ディスプレーサとシリンダ間の摺
動抵抗による発熱量を液体ヘリウム温度近傍における膨
張室での等温過程に基づく理論発生冷凍量より小さくし
た多段式蓄冷型冷凍機と、それぞれのステージに固定さ
れた１〜Ｎ段目パネルと、Ｎ段目パネルに付着した活性
炭とを備えたことを特徴とするクライオポンプ冷却装
置。 - 【請求項９】ヘリウム槽、輻射熱シールド、真空槽およ
びヘリウム冷凍機からなる超電導マグネット用冷却装置
において、上記ヘリウム冷凍機として常温部の圧縮機で
圧縮された同一のヘリウムガスを作動流体とし、温度レ
ベルの異なる２個以上の膨張室と蓄冷器とを夫々有する
多段式蓄冷型冷凍機において、上記蓄冷器の蓄冷材とし
て希土類金属を含み液体ヘリウム温度近傍の温度領域で
比熱の大きい合金または化合物を用い、最終段ディスプ
レーサとシリンダ間の摺動抵抗による発熱量を液体ヘリ
ウム温度近傍における膨張室での等温過程に基づく理論
発生冷凍量よりも小さくした多段式蓄冷型冷凍機を用い
て、冷凍機の最終段ヒートステージでヘリウム槽内で蒸
発するヘリウムガスを再液化するとともに、最終段以外
のヒートステージによって輻射熱シールドをも冷却する
ことを特徴とする超電動マグネット用冷却装置。 - 【請求項１０】常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリ
ウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以上
の膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機に
おいて、上記蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含み液
体ヘリウム温度近傍の温度領域で比熱の大きい合金また
は化合物を用い、最終段ディスプレーサとシリンダ間の
摺動抵抗による発熱量を液体ヘリウム温度近傍における
膨張室での等温過程に基づく理論発生冷凍量より小さく
した多段式蓄冷型冷凍機の最終サーマルステージとシリ
ンダ外面に高温超電導体を取り付け、冷凍機の内部より
生じる磁気ノイズをシールドしたことを特徴とするSQUI
D用冷却装置。 - 【請求項１１】常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリ
ウムガスを作動流体とし、温度レベルの異なる２個以上
の膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機に
おいて、上記蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含み液
体ヘリウム温度近傍の温度領域で比熱の大きい合金また
は化合物を用い、最終段ディスプレーサとシリンダ間の
摺動抵抗による発熱量を液体ヘリウム温度近傍における
膨張室での等温過程に基づく理論発生冷凍量より小さく
した多段式蓄冷型冷凍機の最終サーマルステージに凝縮
器とヒートパイプを取り付け、上記ヒートパイプの先に
SQUIDを取り付けたことを特徴とするSQUID用冷却装置。 - 【請求項１２】超電動体により形成されたロジック及び
メモリーカードを液体ヘリウムに浸し冷却するための液
体ヘリウムバス及び蒸発したヘリウムを凝縮させるため
の常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリウムガスを作
動流体とし、温度レベルの異なる２個以上の膨張室と蓄
冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機において、上記
蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含み液体ヘリウム温
度近傍の温度領域で比熱の大きい合金または化合物を用
い、最終段ディスプレーサとシリンダ間の摺動抵抗によ
る発熱量を液体ヘリウム温度近傍における膨張室での等
温過程に基づく理論発生冷凍量より小さくした多段式蓄
冷型冷凍機を備えたことを特徴とする超電導コンピュー
タ用冷却装置。 - 【請求項１３】超電動体により形成されたロジック及び
メモリーカードを取り付ける基板、この基板を冷却する
ための常温部の圧縮機で圧縮された同一のヘリウムガス
を作動流体とし、温度レベルの異なる２個以上の膨張室
と蓄冷器とを夫々有する多段式蓄冷型冷凍機において、
上記蓄冷器の蓄冷材として希土類金属を含み液体ヘリウ
ム温度近傍の温度領域で比熱の大きい合金または化合物
を用い、最終段ディスプレーサとシリンダ間の摺動抵抗
による発熱量を液体ヘリウム温度近傍における膨張室で
の等温過程に基づく理論発生冷凍量より小さくした多段
式蓄冷型冷凍機及び最終段目サーマルステージに形成さ
れたヘリウム溜を備えたことを特徴とする超電導コンピ
ュータ用冷却装置。 - 【請求項１４】ケースとケース内に設置され外部から入
射した赤外線を最初に反射する第１反射鏡とこの第１反
射鏡で反射された赤外線を更に反射する第２反射鏡と、
この第２反射鏡で反射された赤外線を受信する赤外線素
子と、この赤外線素子を冷却する常温部の圧縮機で圧縮
された同一のヘリウムガスを作動流体とし、温度レベル
の異なる２個以上の膨張室と蓄冷器とを夫々有する多段
式蓄冷型冷凍機において、上記蓄冷器の蓄冷材として希
土類金属を含み液体ヘリウム温度近傍の温度領域で比熱
の大きい合金または化合物を用い、最終段ディスプレー
サとシリンダ間の摺動抵抗による発熱量を液体ヘリウム
温度近傍における膨張室での等温過程に基づく理論発生
冷凍量より小さくした多段式蓄冷型冷凍機と、赤外線素
子の温度を安定に保つためヘリウムを封入したヘリウム
溜とを備えたことを特徴とする赤外線望遠鏡の冷却装
置。 - 【請求項１５】ケースとケース内に設置され外部から入
射した赤外線を最初に反射する第１反射鏡と、この第１
反射鏡で反射された赤外線を更に反射する第２反射鏡
と、この第２反射鏡で反射された赤外線を受信する赤外
線素子と、この赤外線素子を冷却する常温部の圧縮機で
圧縮された同一のヘリウムガスを作動流体とし、温度レ
ベルの異なる２個以上の膨張室と蓄冷器とを夫々有する
多段式蓄冷型冷凍機において、上記蓄冷器の蓄冷材とし
て希土類金属を含み液体ヘリウム温度近傍の温度領域で
比熱の大きい合金または化合物を用い、最終段ディスプ
レーサとシリンダ間の摺動抵抗による発熱量を液体ヘリ
ウム温度近傍における膨張室での等温過程に基づく理論
発生冷凍量より小さくした多段式蓄冷型冷凍機と、赤外
線素子の温度を安定に保つためヘリウムを封入したヘリ
ウム溜と、このヘリウム溜のヘリウムの圧力を調節する
圧力コントロール装置とを備えたことを特徴とする赤外
線望遠鏡の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1286914A JPH0796974B2 (ja) | 1988-11-09 | 1989-11-02 | 多段式蓄冷型冷凍機及びそれを組み込んだ冷却装置 |
Applications Claiming Priority (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28445588 | 1988-11-09 | ||
| JP63-284453 | 1988-11-09 | ||
| JP63-284454 | 1988-11-09 | ||
| JP63-284452 | 1988-11-09 | ||
| JP63-284450 | 1988-11-09 | ||
| JP28445288 | 1988-11-09 | ||
| JP28445088 | 1988-11-09 | ||
| JP63-284455 | 1988-11-09 | ||
| JP28445488 | 1988-11-09 | ||
| JP28445388 | 1988-11-09 | ||
| JP63-285991 | 1988-11-11 | ||
| JP28599188 | 1988-11-11 | ||
| JP1286914A JPH0796974B2 (ja) | 1988-11-09 | 1989-11-02 | 多段式蓄冷型冷凍機及びそれを組み込んだ冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298765A JPH02298765A (ja) | 1990-12-11 |
| JPH0796974B2 true JPH0796974B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=27566818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1286914A Expired - Lifetime JPH0796974B2 (ja) | 1988-11-09 | 1989-11-02 | 多段式蓄冷型冷凍機及びそれを組み込んだ冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0796974B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014500470A (ja) * | 2010-11-18 | 2014-01-09 | オックスフォード インストルメンツ ナノテクノロジー ツールス リミテッド | 冷却装置及び方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3347870B2 (ja) * | 1994-04-15 | 2002-11-20 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット並びに該マグネット用の蓄冷型冷凍機 |
| CN1174200C (zh) * | 1997-10-20 | 2004-11-03 | 株式会社东芝 | 蓄冷材料和蓄冷式冷冻机 |
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