TWI395916B - 冷凍機 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種冷凍機。
為測量於4K附近之極低溫環境下的試料物理性質、或測量已使用利用極低溫環境之感測器等的各種物理量等，而利用GM冷凍機。此冷凍機係藉由反複進行氦氣等冷媒氣體之壓縮及膨脹(冷凍循環)，而將被冷卻物冷卻至極低溫者。但因起因於上述冷凍循環之熱流的脈動，而於被冷卻物之載置面產生溫度振幅。為穩定地冷卻被冷卻物，希望降低此溫度振幅。
於專利文獻1中揭示了一種極低溫冷凍機，其包含設於安裝被冷卻物之冷卻部、於內部儲存氦氣或氦氣及液體氦之蓄冷機構，與連接壓縮氦氣之供給機構及前述蓄冷機構的氦氣導入排出機構。
於專利文獻2中揭示了一種極低溫溫度調節器，其具備有於常溫下導入必要量之氦氣的氦氣導入管、使氦氣液化之冷凝器室、及儲存被液化之液體氦的液體氦室。
[專利文獻1]日本專利第2773793號公報
[專利文獻2]日本專利特開2004－76955號公報
然而，因專利文獻1之極低溫冷凍機的前述溫度振幅係30 mK左右，故希望溫度振幅進一步降低。
另一方面，因專利文獻2之極低溫溫度調節器結構複雜，此外來自冷卻物之傅熱流路較長且為非軸對稱，故存在冷卻不均勻且不穩定之虞。
本發明係為解決上述問題而完成者，其目的在於提供一種可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅，此外可對被冷卻物進行均勻、穩定之冷卻的冷凍機。
為解決上述問題，本發明採用以下之手段。即，本發明之冷凍機包括：冷卻台，其係冷卻被冷卻物；氦冷凝部，其係載置前述被冷卻物；儲存器，其係與前述氦冷凝部連通，填充有氦氣；及傳熱緩衝材料，其係配置於前述冷卻台與前述氦冷凝部之間，包含熱傳導率比前述氦冷凝部低之材料。
若藉由此構成，則起因於冷凍機之冷凍循環的熱流脈動由氦冷凝部之氦的蒸發及冷凝(相轉移)所吸收。此時，傳熱緩衝材料作為熱流之節流機構起作用，故可抑制冷卻台之溫度振幅的傳遞。其結果，可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅。此外，因冷卻台、傳熱緩衝材料、氦冷凝部及被冷卻物連續配置為同軸狀，故被冷卻物可均勻、穩定地冷卻。
前述氦冷凝部可包含4K附近之溫度中熱傳導率為200W/(m．K)以上之材料。
若藉由此構成，則藉由於氦冷凝部內冷凝之液體氦，可效率佳地冷卻被冷卻物。
前述傳熱緩衝材料可包含4K附近之溫度中熱傳導率不足100 W/(m．K)之材料。
若藉由此構成，則可確實地防止冷卻台之溫度振幅的傳遞。
前述氦冷凝部之容積可為10 cc以上100 cc以下。
若藉由此構成，則可確保被冷卻物之冷卻所必需之液體氦的儲存容積，並可將氦冷凝部小型化。
前述儲存器之容積可為前述氦冷凝部之容積的5倍以上100倍以下。
若藉由此構成，則可確保被冷卻物之冷卻所必需之氦氣的儲存容積，並可將儲存器小型化。
填充於前述儲存器之前述氦氣的壓力，於室溫下可為0.1 MPa以上1.0 ＭPa以下。
若藉由此構成，則即使冷凍機停止，氦冷凝部之液體氦蒸發，亦可防止儲存器及氦冷凝部形成高壓力。
於前述氦冷凝部之內面可立式設置散熱片。
此外，於前述氦冷凝部之內面可安裝多孔結構體。
若藉由此等構成，則因氦冷凝部之內面與液體氦的接觸面積變大，故可效果佳地冷卻載置於氦冷凝部之被冷卻物。
於前述傳熱緩衝材料與前述冷卻台或前述氦冷凝部之接觸面可形成凹凸。
若藉由此構成，則因傳熱緩衝材料與冷卻台或氦冷凝部之接觸面積變小，故可抑制冷卻台之溫度振幅的傳遞。其
結果，可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅。
可進而包括：溫度感測器及加熱器，其係安裝於前述氦冷凝部，及控制部，其係基於前述溫度感測器之測量結果驅動前述加熱器。
若藉由此構成，則於氦冷凝部之溫度低於預定值之情形，可驅動加熱器使氦冷凝部之溫度回歸至預定值。因此，可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅。
若藉由本發明，則藉由設置傳熱緩衝材料，可防止冷卻台之溫度振幅的傳遞，其結果，可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅。此外，因冷卻台、傳熱緩衝材料、氦冷凝部及被冷卻物連續配置為同軸狀，故被冷卻物可均勻、穩定地冷卻。
以下，就本發明之實施形態參照圖式進行說明。
圖1係本發明第1實施形態相關之冷凍機的概略構成圖。本實施形態相關之冷凍機1係具備冷卻被冷卻物40之第2冷卻台14；載置被冷卻物40之氦冷凝部20；與氦冷凝部20連通，填充有氦氣50之儲存器30；及配置於第2冷卻台14與氦冷凝部20之間，由熱傳導率比氦冷凝部20低之材料構成的傳熱緩衝材料16者。
冷凍機1主要具備有壓縮機4、本體部2及冷卻部15。壓縮機4係壓縮由低壓配管8供給之低壓氦氣使之成為高壓氦
氣，並向高壓配管6供給者。本體部2係藉由馬達等之動力連續切換高壓配管6及低壓配管8與下述之冷卻部15內的氦氣流路之連接者。
與本體部2連接，而設有冷卻部15。冷卻部15係配置於保持於真空環境之真空槽10的內部，並藉由流經內部之氦氣的膨脹而使寒冷產生者。於冷卻部15，依序設有第1冷卻部11、第1冷卻台12、第2冷卻部13及第2冷卻台14。第1冷卻部11及第2冷卻部13形成為圓柱狀，第1冷卻台12及第2冷卻台14形成為圓盤狀，且配置為同軸狀。於冷卻部15之內部，形成有氦氣流路(未圖示)。向此氦氣流路供給之高壓氦氣於第2冷卻台14吸熱膨脹，並變化為低壓氦氣。
於第2冷卻台14之下表面，與後述之氦冷凝部20之間設有傳熱緩衝材料16。傳熱緩衝材料16例如形成為直徑數十mm左右、厚度2 mm左右之板狀。傳熱緩衝材料16於4K附近之溫度中的熱傳導率比後述之氦冷凝部20低，且由不銹鋼材料等構成。特別是若以於4K附近溫度中之熱傳導率不足100 W/(m‧K)的材料構成傳熱緩衝材料16，則可抑制第2冷卻台14之溫度振幅傳遞至氦冷凝部20。
再者，為提高熱接觸性而於傳熱緩衝材料16之兩面貼附銦箔等，連結第2冷卻台14、傳熱緩衝材料16及氦冷凝部20。
於傳熱緩衝材料16之下表面，設有載置被冷卻物40之氦冷凝部20。氦冷凝部20於4K附近之溫度中的熱傳導率比前述之傳熱緩衝材料16高，由銅、銀、鋁等材料構成。本實施
形態中，藉由無氧銅形成氦冷凝部20。特別是若以於4K附近溫度中之熱傳導率為200 W/(m‧K)以上的材料構成氦冷凝部20，則可藉由於氦冷凝部20內冷凝之液體氦，效率佳地冷卻被冷卻物40。
氦冷凝部20形成為兩端密閉之圓筒狀，於內部儲存液體氦。若以此氦冷凝部20之容積為10 cc以上100 cc以下，則可確保冷卻被冷卻物40所必需之液體氦的儲存容積，並可將氦冷凝部20小型化。本實施狀態中，氦冷凝部20之容積設定為40 cc。
於氦冷凝部20之下表面，配置有工作台41。此工作台41之下表面成為被冷卻物40載置場所的冷卻位置。工作台41由具有與氦冷凝部20相同之物理性質的材料構成。本實施形態中，於氦冷凝部20與工作台41之間以及工作台41與被冷卻物40之間貼附銦箔等，連結氦冷凝部20與工作台41。再者亦可不設置工作台41，而將被冷卻物40熱接觸佳地貼附至氦冷凝部20。
上述之冷卻部15的第2冷卻台14、傳熱緩衝材料16、氦冷凝部20及被冷卻物40構成來自被冷卻物之傳熱流路。本實施形態中，藉由將此等連續配置為同軸狀，可縮短傳熱流路之距離。藉此，可降低冷卻損失，可於短時間內將被冷卻物40效率佳地冷卻至目的溫度。此外，可將傳熱流路設為軸對稱形狀，可對被冷卻物40之整體均勻且穩定地冷卻。
自氦冷凝部20延長設置細管32，並始終與配置於真空槽
10之外部的儲存器30連接。儲存器30之容積宜為氦冷凝部20之容積的5倍以上100倍以下。本實施狀態中，儲存器30之容積設定為3250 cc。藉此，可確保被冷卻物40之冷卻所必需之氦氣的儲存容積，並可將儲存器30小型化。
於儲存器30之內部填充有氦氣。此氦氣之壓力於室溫下宜為0.1 MPa以上1.0 MPa以下。本實施形態中，於儲存器30中填充室溫下壓力為0.4 MPa的氦氣50。藉此，即使冷凍機1停止，氦冷凝部20之液體氦52蒸發，儲存器30亦不會形成高壓力。再者，於細管32之中間部，形成有用以與第1冷卻台12進行熱交換之熱固定器34。
其次，就本實施形態相關之冷凍機1的作用進行說明。如上所述，由壓縮機4向冷卻部15供給之高壓氦氣於第2冷卻台14吸熱膨脹，變化為低壓氦氣。本體部2連續地切換高壓配管6及低壓配管8與冷卻部15之氦氣流路的連接。藉此，反複進行氦氣之壓縮及膨脹(冷凍循環)，從而第2冷卻台14之溫度變成極低溫。
於第2冷卻台14之下方，設有氦冷凝部20。若藉由第2冷卻台14冷卻氦冷凝部20，則氦冷凝部20之內部的氦氣冷凝並液化，生成液體氦52。本實施形態中，以對於氦冷凝部20之容積比為30%以下(例如20%左右)之方式生成液體氦。
且說因起因於上述之冷凍循環的熱流脈動，而於第2冷卻台14產生溫度振幅。然而，本實施形態中，起因於冷凍循環之熱流脈動由氦之蒸發及冷凝(相轉移)所吸收。因
此，不會於氦冷凝部20產生與第2冷卻台14同等之溫度振幅，氦冷凝部20之溫度振幅變小。
而且本實施形態中，於第2冷卻台14與氦冷凝部20之間，設有由熱傳導率比氦冷凝部20低之材料形成的傳熱緩衝材料16。因該傳熱緩衝材料16作為熱流之節流機構發揮作用，故可抑制第2冷卻台14之溫度振幅傳導至氦冷凝部20。因此可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅。
圖2係顯示第2冷卻台之溫度與溫度振幅之關係的圖表。此處，對3種裝置構成測定了溫度振幅。具體言之，測定了(1)與本實施形態同樣，設置了第2冷卻台14、傳熱緩衝材料16及氦冷凝部20之情形的氦冷凝部20之溫度振幅(菱形圖案)、(2)不設置傳熱緩衝材料16，設置了第2冷卻台14及氦冷凝部20之情形的氦冷凝部20之溫度振幅(三角形圖案)、及(3)不設置傳熱緩衝材料16及氦冷凝部20之情形的第2冷卻台14之溫度振幅(圓形圖案)。橫軸取作為被冷卻物載置場所之冷卻位置(溫度振幅之測定位置)的溫度。再者，將儲存器30之容積設定為3250 cc、對儲存器30之氦氣填充壓力設定為0.4 Mpa、氦冷凝部20之內部的液體氦容積比設定為20%。
其結果，各裝置構成之溫度振幅的大小係(3)>(2)>(1)之順序。再者，冷卻位置之溫度越高，各裝置構成間之溫度振幅的差越大。此外於(1)之裝置構成中，於冷卻位置之溫度為4.2K之情形，氦冷凝部20之溫度振幅抑制於±9 mK。由上述之測定結果，確認了與(3)僅第2冷卻台14之裝置構
成相比，(2)於追加了氦冷凝部20之裝置構成中溫度振幅顯著下降，及(1)於追加了傳熱緩衝材料16及氦冷凝部20之裝置構成中，與(2)相比溫度振幅進一步下降。
圖3係顯示氦冷凝部中液體氦之容積比與溫度振幅之關係的圖表。此處，測定了(1)與本實施形態同樣，設置了傳熱緩衝材料之情形的溫度振幅(菱形圖案)與(2)未設置傳熱緩衝材料之情形的溫度振幅(三角形圖案)。再者，將儲存器30之容積設定為3250 cc、對儲存器30之氦氣的最大填充壓力設定為0.48 MPa、冷卻位置之溫度設定為4.2K。
其結果，與液體氦之容積比無關，溫度振幅之大小為(2)>(1)。此外，雖於無液體氦之情形溫度振幅變大，但於即使存在很少液體氦之情形，溫度振幅變小。而且，於(1)中液體氦之容積比例為1%~30%之情形，氦冷凝部20之溫度振幅均抑制於±9 mK。由上述確認了即使係少量之液體氦，亦具有可大幅降低溫度振幅之效果。
且說本實施形態中，因設置了熱傳導率比氦冷凝部20低之傳熱緩衝材料16，故認為冷凍機之冷凍能力下降。因此，本申請案之發明人調查了因傳熱緩衝材料16之有無而產生的冷凍能力差異。
圖4係顯示冷卻位置之溫度與冷卻位置之冷凍能力之關係的圖表。此處，測定了(1)與本實施形態同樣，設置了傳熱緩衝材料16之情形的冷凍能力(菱形圖案)與(2)不設置傳熱緩衝材料之情形的冷凍能力(四邊形圖案)。再者，將氦冷凝部20內部之液體氦的容積比設定為20%。
其結果，與冷卻位置之溫度無關，於有傳熱緩衝材料16之情形的冷凍能力下降率為25%左右。因此，確認了冷凍能力之損失抑制於數十%。
此外，本實施形態中，因設置了熱傳導率比氦冷凝部20低之傳熱緩衝材料16，故認為冷卻時間增加。因此，本申請案之發明人調查了因傳熱緩衝材料16之有無而產生的冷卻時間差異。
圖5係顯示冷卻時間與冷卻位置溫度之關係的圖表。此處，測量了(1)與本實施形態同樣，設置了傳熱緩衝材料之情形的冷卻位置之溫度(實線)與(2)不設置傳熱緩衝材料之情形的冷卻位置之溫度(四邊形圖案)。其結果，確認了幾乎無因傳熱緩衝材料16之有無而產生的冷卻時間差異。
如以上所詳述，本實施形態相關之冷凍機(參照圖1)係於載置被冷卻物40之氦冷凝部20與第2冷卻台14之間具備由熱傳導率比氦冷凝部20低之材料構成的傳熱緩衝材料16之構成。若藉由此構成，則起因於冷凍機1之冷凍循環的熱流脈動由氦冷凝部20中之氦的蒸發及冷凝(相轉移)所吸收。此時，因傳熱緩衝材料16作為熱流之節流機構起作用，故第2冷卻台14中之溫度振幅的傳遞受到抑制，其結果，可降低被冷卻物40之載置面上的溫度振幅。此外，因第2冷卻台14、傳熱緩衝材料16、氦冷凝部20及被冷卻物40連續配置為同軸狀，故來自被冷卻物之傳熱流路因軸對稱形狀而縮短了距離。因此，可對被冷卻物40進行均勻且穩定之冷卻。
此外，本實施形態中，可將氦冷凝部20中之液體氦52的容積比抑制於30%以下。因此，可將填充氦氣50之儲存器30小型化。此外，可降低對於儲存器30之室溫時的氦氣50填充壓力。其結果，即使冷凍機1停止，氦冷凝部20之液體氦52氣化，亦可防止儲存器30及氦冷凝部形成高壓力。
其次，就本發明之第2實施形態相關的冷凍機進行說明。
圖6係本實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部附近的概略構成圖。本實施形態相關之冷凍機係於氦冷凝部220之內面221、223立式設置散熱片222、224者。再者，關於與第1實施形態同樣之構成的部分，省略其詳細說明。
於第2冷卻台14與被冷卻物40之間，配置有氦冷凝部220。
氦冷凝部220係由銅、銀、鋁等材料構成之圓筒狀中空容器，且於其內部填充有氦氣50。若藉由第2冷卻台14冷卻氦冷凝部220，則氦氣冷凝並生成液體氦52。藉由此液體氦52冷卻被冷卻物40。
於氦冷凝部220之內面立式設置有複數個散熱片222、224。各散熱片222、224與氦冷凝部220同樣，宜由熱傳導率高之材料構成。各散熱片222、224既可與氦冷凝部220一體成形，亦可成形為另一體並固定於氦冷凝部220。
第1散熱片222自氦冷凝部220之底面221向頂面223形成。藉此，可擴大氦冷凝部220之內面與液體氦52的接觸
面積。因此，可效率佳地冷卻載置於氦冷凝部220的被冷卻物40。
第2散熱片224自氦冷凝部220之頂面223向底面221形成。藉此，可擴大氦冷凝部220之內面與氦氣50的接觸面積。因此，可效率佳地冷卻、冷凝氦冷凝部220之內部的氦氣50。
其次，就本發明之第3實施形態相關的冷凍機進行說明。
圖7係本實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部附近的概略構成圖。本實施形態相關之冷凍機係於氦冷凝部320之內面安裝多孔結構體322者。再者，關於與第1實施形態同樣之構成的部分，省略其詳細說明。
於氦冷凝部320之內面安裝有多孔結構體322。多孔結構體322由金屬網、發泡性金屬、燒結金屬等構成。多孔結構體322既可填充於氦冷凝部320之內側整體，亦可僅填充於局部。
多孔結構體322以保持與氦冷凝部320之內面熱性良好接觸的方式，藉由接合劑等安裝於氦冷凝部320之內面。
藉由設置多孔結構體322，可擴大氦冷凝部320之內面與液體氦52的接觸面積。因此，可效率佳地冷卻載置於氦冷凝部320之被冷卻物40。此外，藉由設置多孔結構體322，可擴大氦冷凝部320之內面與氦氣50的接觸面積。因此，可效率佳地冷卻、冷凝氦冷凝部320之內部的氦氣50。
其次，就本發明之第4實施形態相關的冷凍機進行說明。
圖8係本實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部附近的概略構成圖。本實施形態相關之冷凍機係於傳熱緩衝材料16之與第2冷卻台14的接觸面上形成凹凸18者。再者，關於與第1實施形態同樣之構成的部分，省略其詳細說明。
傳熱緩衝材料16由熱傳導率較低之不銹鋼材料等構成。於其與第2冷卻台14之接觸面上形成有凹凸18。凹凸18既可有規則地形成，亦可無規則地(隨機)形成。此外，既可將凹凸18形成為錘狀，以便與第2冷卻台14點接觸，亦可將凹凸18形成為錘梯狀，以便與第2冷卻台14面接觸。此外，既可以凹凸18為截面三角形之突條，以便與第2冷卻台14線接觸，亦可以凹凸18為載面梯形，以便與第2冷卻台14帶狀面接觸。
本實施形態中，因於傳熱緩衝材料16之與第2冷卻台14的接觸面上形成凹凸18，故傳熱緩衝材料16與第2冷卻台14之接觸面積變小。藉此，與傳熱緩衝材料16和第2冷卻台14整面接觸之情形相比，因熱流之節流機能被強化，故可抑制第2冷卻台14上之溫度振幅向氦冷凝部420傳遞。因此，可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅。
本實施形態中，雖於傳熱緩衝材料16之與第2冷卻台14的接触面形成凹凸18，但亦可於第2冷卻台14之與傳熱緩衝材料16之接触面形成凹凸。此外，既可於傳熱緩衝材料
16之與氦冷凝部420之接触面上形成凹凸，亦可於氦冷凝部420之與傳熱緩衝材料16之接触面上形成凹凸。即，於第2冷卻台14或氦冷凝部420與傳熱緩衝材料16之接触面上形成凹凸即可。無論在任何情形中，均可抑制第2冷卻台14之溫度振幅向氦冷凝部420傳遞。因此，可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅。
其次，就本發明之第5實施形態相關的冷凍機進行說明。
圖9係於本實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部附近的概略構成圖。本實施形態相關之冷凍機係具有安裝於氦冷凝部520上之溫度感測器64及加熱器66與基於溫度感測器64之測量結果驅動加熱器66之控制部62者。再者，關於與第1實施形態同樣之構成的部分，省略其詳細說明。
本實施形態中，於氦冷凝部520上之被冷卻物40的載置面附近安裝有溫度感測器64。此外，於氦冷凝部520安裝有具備電熱線等之加熱器66。此等溫度感測器64及加熱器66與控制部62連接。控制部62基於溫度感測器64之測量結果驅動加熱器66。即，將溫度感測器64之輸出信號轉換為加熱器66之驅動電流，此外使反饋電流流向加熱器66，藉此進行控制，以便起因於其發熱之溫度脈動變得最小。
具體言之，首先比較被冷卻物40之載置面的設定溫度和溫度感測器64之測量溫度。於測量溫度低於設定溫度之情形，驅動加熱器加熱氦冷凝部520。藉此，可使被冷卻物
40之載置面的溫度上升，使之回歸至設定溫度。因此，可降低被冷卻物40之載置面上的溫度振幅。
再者，本發明之技術範圍並非限於上述之實施形態者，於不脫離本發明之宗旨的範圍內，包含對上述實施形態施加各種變更者。即，實施形態中列舉之具體材料或構成等僅為一例，可進行適當變更。
可提供一種可降低被冷卻物之載置面上的溫度振幅，此外可均勻且穩定地冷卻被冷卻物之冷凍機。
1‧‧‧冷凍機
14‧‧‧第2冷卻台(冷卻台)
16‧‧‧傳熱緩衝材料
18‧‧‧凹凸
20‧‧‧氦冷凝部
30‧‧‧儲存器
40‧‧‧被冷卻物
50‧‧‧氦氣
62‧‧‧控制部
64‧‧‧溫度感測器
66‧‧‧加熱器
222‧‧‧第1散熱片(散熱片)
224‧‧‧第2散熱片(散熱片)
322‧‧‧多孔結構體
圖1係顯示本發明第1實施形態相關之冷凍機的概略構成圖。
圖2係顯示第2冷卻台之溫度與溫度振幅之關係的圖表。
圖3係顯示氦冷凝部中液體氦之容積比與溫度振幅之關係的圖表。
圖4係顯示第2冷卻台之溫度與冷凍能力之關係的圖表。
圖5係顯示冷卻時間與第2冷卻台之溫度之關係的圖表。
圖6係顯示本發明第2實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部附近的概略構成圖。
圖7係顯示本發明第3實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部附近的概略構成圖。
圖8係顯示本發明第4實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部附近的概略構成圖。
圖9係顯示本發明第5實施形態相關之冷凍機之氦冷凝部
附近的概略構成圖。
1‧‧‧冷凍機
2‧‧‧本體部
4‧‧‧壓縮機
6‧‧‧高壓配管
8‧‧‧低壓配管
10‧‧‧真空槽
11‧‧‧第1冷卻部
12‧‧‧第1冷卻台
13‧‧‧第2冷卻部
14‧‧‧第2冷卻台
15‧‧‧冷卻部
16‧‧‧傳熱緩衝材料
20‧‧‧氦冷凝部
30‧‧‧儲存器
32‧‧‧細管
34‧‧‧熱固定器
40‧‧‧被冷卻物
41‧‧‧工作台
50‧‧‧氦氣
52‧‧‧液體氦
Claims (10)
- 一種冷凍機，其特徵在於包括：冷卻台，其係冷卻被冷卻物；氦冷凝部，其內部係收容液體氦，於其下表面包含載置前述被冷卻物之工作台；儲存器，其係與前述氦冷凝部連通，填充有氦氣；及傳熱緩衝材料，其係配置於前述冷卻台之下表面與前述氦冷凝部之上表面之間，且包含熱傳導率比前述氦冷凝部低之材料。
- 如請求項1之冷凍機，其中前述氦冷凝部包含於4K附近之溫度中熱傳導率為200 W/(m‧K)以上之材料。
- 如請求項1之冷凍機，其中前述傳熱緩衝材料包含於4K附近之溫度中熱傳導率為不足100 W/(m‧K)之材料。
- 如請求項1之冷凍機，其中前述氦冷凝部之容積係10 cc以上100 cc以下。
- 如請求項1之冷凍機，其中前述儲存器之容積係前述氦冷凝部之容積的5倍以上100倍以下。
- 如請求項1之冷凍機，其中填充於前述儲存器中之前述氦氣的壓力於室溫下為0.1 MPa以上1.0 MPa以下。
- 如請求項1之冷凍機，其中於前述氦冷凝部之內面立式設有散熱片。
- 如請求項1之冷凍機，其中於前述氦冷凝部之內面裝有多孔結構體。
- 如請求項1之冷凍機，其中於前述傳熱緩衝材料與前述冷卻台或前述氦冷凝部之接觸面形成有凹凸。
- 如請求項1之冷凍機，其中進而包括： 溫度感測器及加熱器，其係安裝於前述氦冷凝部；及控制部，其係基於前述溫度感測器之測量結果驅動前述加熱器。
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| JP5972640B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2016-08-17 | 出光興産株式会社 | 冷凍機用潤滑油組成物 |
| GB2502629B (en) * | 2012-06-01 | 2015-03-11 | Siemens Plc | A closed cryogen cooling system and method for cooling a superconducting magnet |
| KR101555303B1 (ko) * | 2013-05-14 | 2015-09-25 | 두산중공업 주식회사 | 재응축장치, 그 재응축장치용 재응축핀의 온도조절방법, 그 재응축장치를 가지는 냉각장치, 그 냉각장치를 이용한 냉각방법 |
| US9553328B2 (en) | 2013-08-26 | 2017-01-24 | e-Zn Inc. | Electrochemical system for storing electricity in metals |
| CN105745553B (zh) * | 2013-11-13 | 2019-11-05 | 皇家飞利浦有限公司 | 包括热学有效的跨越系统的超导磁体系统以及用于冷却超导磁体系统的方法 |
| CN104458475B (zh) * | 2014-12-05 | 2017-03-15 | 北京卫星制造厂 | 一种航天器热控单机产品载压冷热冲击试验方法 |
| US10297888B2 (en) | 2015-05-07 | 2019-05-21 | e-Zn Inc. | Method and system for storing electricity in metals |
| US10145602B2 (en) * | 2015-09-02 | 2018-12-04 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Active gas-gap heat switch with fast thermal response |
| CN106679217B (zh) * | 2016-12-16 | 2020-08-28 | 复旦大学 | 一种机械振动隔离的液氦再凝聚低温制冷系统 |
| JP7530185B2 (ja) * | 2020-02-25 | 2024-08-07 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機および極低温システム |
| US11394068B2 (en) | 2020-11-25 | 2022-07-19 | e-Zn Inc. | Electrolyte leakage management in an electrochemical cell |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07146020A (ja) * | 1993-11-22 | 1995-06-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3188830A (en) * | 1964-08-03 | 1965-06-15 | Hughes Aircraft Co | Thermal oscillation filter |
| US4479367A (en) * | 1981-12-28 | 1984-10-30 | Santa Barbara Research Center | Thermal filter |
| JPH0728056B2 (ja) * | 1984-10-17 | 1995-03-29 | 株式会社日立製作所 | 冷凍機付きクライオスタツト |
| US4694175A (en) * | 1985-12-12 | 1987-09-15 | Santa Barbara Research Center | Thermal damper for infrared detector |
| JP3265139B2 (ja) * | 1994-10-28 | 2002-03-11 | 株式会社東芝 | 極低温装置 |
| US5606870A (en) * | 1995-02-10 | 1997-03-04 | Redstone Engineering | Low-temperature refrigeration system with precise temperature control |
| JP2737706B2 (ja) * | 1995-06-29 | 1998-04-08 | 株式会社移動体通信先端技術研究所 | 冷凍機の膨張装置 |
| JP3287237B2 (ja) * | 1996-02-21 | 2002-06-04 | ダイキン工業株式会社 | 極低温冷凍機 |
| JPH10132763A (ja) * | 1996-11-05 | 1998-05-22 | Mac Sci:Kk | Ｘ線回折装置における試料位置自動調整方法 |
| US5782095A (en) * | 1997-09-18 | 1998-07-21 | General Electric Company | Cryogen recondensing superconducting magnet |
| JP2000274966A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 熱交換ユニット |
| JP4788050B2 (ja) * | 2001-03-14 | 2011-10-05 | アイシン精機株式会社 | 磁場装置 |
| JP4031318B2 (ja) | 2002-08-09 | 2008-01-09 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温温度ダンパ |
| JP4040626B2 (ja) * | 2002-12-16 | 2008-01-30 | 住友重機械工業株式会社 | 冷凍機の取付方法及び装置 |
| JP4494027B2 (ja) * | 2004-01-26 | 2010-06-30 | 株式会社神戸製鋼所 | 極低温装置 |
| DE102004053972B3 (de) * | 2004-11-09 | 2006-07-20 | Bruker Biospin Gmbh | NMR-Spektrometer mit gemeinsamen Refrigerator zum Kühlen von NMR-Probenkopf und Kryostat |
| GB0428406D0 (en) * | 2004-12-24 | 2005-02-02 | Oxford Instr Superconductivity | Cryostat assembly |
| US20080209919A1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-09-04 | Philips Medical Systems Mr, Inc. | System including a heat exchanger with different cryogenic fluids therein and method of using the same |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07146020A (ja) * | 1993-11-22 | 1995-06-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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