超低溫制冷機(jī)的制作方法
【專利說明】超低溫制冷機(jī)
[0001]本申請(qǐng)主張基于2014年2月17日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2014-027654號(hào)的優(yōu)先權(quán)。該日本申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過參考援用于本說明書中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種超低溫制冷機(jī)，該超低溫制冷機(jī)利用從壓縮裝置供給的高壓制冷劑氣體西蒙膨脹而產(chǎn)生的寒冷對(duì)冷卻對(duì)象進(jìn)行冷卻。
【背景技術(shù)】
[0003]作為超低溫制冷機(jī)，例如有專利文獻(xiàn)I中記載的制冷機(jī)。置換器式超低溫制冷機(jī)中，使置換器在缸體內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)使膨脹空間內(nèi)的制冷劑氣體膨脹，從而產(chǎn)生寒冷。并且，脈沖管式超低溫制冷機(jī)中，使脈沖管內(nèi)的氣體活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)使膨脹空間內(nèi)的制冷劑氣體膨脹，從而而產(chǎn)生寒冷。在膨脹空間內(nèi)產(chǎn)生的制冷劑氣體的寒冷由蓄冷器積蓄的同時(shí)傳遞到冷卻臺(tái)而達(dá)到所希望的超低溫，從而對(duì)連接于冷卻臺(tái)的冷卻對(duì)象進(jìn)行冷卻。另外，作為制冷劑氣體，例如使用氦氣。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-224161號(hào)公報(bào)
[0005]這些超低溫制冷機(jī)可用作例如在醫(yī)療領(lǐng)域等中用于生成診斷圖像的MRI (核磁共振:Magnetic Resonance Imaging)或 NMR(核石茲共振:Nuclear Magnetic Resonance)中的超導(dǎo)磁鐵的冷卻裝置。除此之外還可以用于SQUID (Superconducting QuantumInterference Device)元件或紅外傳感器等的冷卻。因此，若超低溫制冷機(jī)所產(chǎn)生的寒冷產(chǎn)生溫度波動(dòng)，則有可能成為因溫度不穩(wěn)定而引起的診斷設(shè)備或傳感器的性能下降或噪聲增加的主要原因。當(dāng)然，為了維持診斷設(shè)備或傳感器的性能，還應(yīng)當(dāng)將超低溫制冷機(jī)所產(chǎn)生的寒冷的平均溫度維持為較低狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠維持超低溫制冷機(jī)所產(chǎn)生的寒冷的平均溫度，并且降低溫度振幅的技術(shù)。
[0007]為了解決上述課題，本發(fā)明的一種實(shí)施方式的超低溫制冷機(jī)具備:置換器，具有低溫端及高溫端；缸體，將置換器以能夠沿長(zhǎng)邊方向往復(fù)移動(dòng)自如的方式容納，并且在缸體與置換器的低溫端之間形成制冷劑氣體的膨脹空間；緩沖部，與膨脹空間相鄰配置，并且與膨脹空間連通。緩沖部的體積為膨脹空間的體積的30%以下。
[0008]根據(jù)本發(fā)明能夠提供維持超低溫制冷機(jī)所產(chǎn)生的寒冷的平均溫度，并且降低溫度振幅的技術(shù)。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的一例的示意圖。
[0010]圖2是表示氦及各種金屬材料在超低溫區(qū)域中的比熱隨溫度變化的圖。
[0011]圖3(a)?圖3(c)是表示實(shí)施方式所涉及的緩沖部的圖。
[0012]圖4是以表格形式表示相對(duì)于緩沖部的體積測(cè)定出第2冷卻臺(tái)的平均溫度及溫度波動(dòng)振幅的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0013]圖5是表示第2冷卻臺(tái)的溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0014]圖6是表示脈沖管式超低溫制冷機(jī)的示意圖。
[0015]圖中:1_超低溫制冷機(jī)，Cl-第I間隙，Pl-第I連接點(diǎn)，Vl-蓄冷器供給閥，2-第I置換器，C2-第2間隙，P2-第2連接點(diǎn)，V2-蓄冷器回流閥，3-第2置換器，P3-第3連接點(diǎn)，V3-第I供給閥，4-銷，V4-第I回流閥，5-連接器，V5-第2供給閥，6-銷，V6-第2回流閥，7-第I缸體，V7-流量控制閥，8-第2缸體，V8-流量控制閥，9-第I蓄冷器，10、11 -整流器，12-室溫室，13-第I開口，14-壓縮機(jī)，15-供給閥，16-回流閥，17-密封件，18-第I膨脹空間，19-第2開口，20-第I冷卻臺(tái)，21、22-整流器，23-分隔件，24-高溫側(cè)區(qū)域，25-低溫側(cè)區(qū)域，26-第2膨脹空間，27-第3開口，28-第2冷卻臺(tái)，29、30-蓋部，31、32-壓入銷，34-第2蓄冷器，35-緩沖部，36-突出部，101-超低溫制冷機(jī)，102-第I蓄冷器，103-第2蓄冷器，104-第I脈沖管，105-第2脈沖管，107-壓縮機(jī)，108、109-分支管，110-第I供排氣共同配管，111-第2供排氣共同配管，112-第3供排氣共同配管，113-第I整流換熱器，114-第2整流換熱器，115-第3整流換熱器，116-第4整流換熱器，117-冷卻臺(tái)，118-第I低溫端連結(jié)管，119-第2低溫端連結(jié)管，124-高溫側(cè)區(qū)域，125-低溫側(cè)區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0017]首先，參考圖1對(duì)實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I的概要進(jìn)行說明。圖1是表示實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I的一種實(shí)施方式的示意圖。實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)I為例如將氦氣用作制冷劑氣體的吉福德-麥克馬洪(GM)式的超低溫制冷機(jī)。如圖1所示，超低溫制冷機(jī)I具備:第I置換器2 ;與第I置換器2在長(zhǎng)邊方向上連結(jié)的第2置換器3。第I置換器2與第2置換器3例如經(jīng)由銷4、連接器5及銷6連接。
[0018]第I缸體7與第2缸體8形成為一體，并且分別具備高溫端及低溫端。第I缸體7的低溫端與第2缸體8的高溫端在第I缸體7的底部連接。第2缸體8為以與第I缸體7在同一軸向上延伸的方式形成，并且直徑小于第I缸體7的直徑的圓筒部件。第I缸體7為將第I置換器2以能夠在長(zhǎng)邊方向上往復(fù)移動(dòng)的方式容納的容器。并且，第2缸體8為將第2置換器3以能夠在長(zhǎng)邊方向上往復(fù)移動(dòng)的方式容納的容器。
[0019]考慮到強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、氦隔離能力等，第I缸體7及第2缸體8例如使用不銹鋼。第2置換器3的外周部為由不銹鋼等金屬制成的筒。在第2置換器3的外周面上可形成氟化乙烯樹脂等耐磨性樹脂的保護(hù)膜。
[0020]在第I缸體7的高溫端設(shè)置有往復(fù)驅(qū)動(dòng)第I置換器2及第2置換器3的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)(未圖示)。第I置換器2及第2置換器3分別沿著第I缸體7及第2缸體8往復(fù)移動(dòng)。第I置換器2及第2置換器3分別具備高溫端及低溫端。
[0021]第I置換器2具有圓筒狀的外周面，在第I置換器2的內(nèi)部填充有第I蓄冷材料。第I置換器2的內(nèi)部容積作為第I蓄冷器9發(fā)揮作用。在第I蓄冷器9的上部設(shè)置有整流器10，在下部設(shè)置有整流器11。在第I置換器2的高溫端形成有使制冷劑氣體從室溫室12流向第I置換器2的第I開口 13。
[0022]室溫室12為由第I缸體7和第I置換器2的高溫端形成的空間。室溫室12的容積隨著第I置換器2的往復(fù)移動(dòng)發(fā)生變化。在室溫室12上連接有將由壓縮機(jī)14、供給閥15及回流閥16構(gòu)成的吸排氣系統(tǒng)相互連接的配管中的供排氣共同配管。并且，第I置換器2的偏靠高溫端的部分與第I缸體7之間安裝有密封件17。
[0023]在第I置換器2的低溫端形成有將制冷劑氣體經(jīng)由第I間隙Cl導(dǎo)入到第I膨脹空間18的第2開口 19。第I膨脹空間18為由第I缸體7和第I置換器2形成的空間。第I膨脹空間18的容積隨著第I置換器2的往復(fù)移動(dòng)發(fā)生變化。在第I缸體7的外周中與第I膨脹空間18相對(duì)應(yīng)的位置配置有與未圖示的冷卻對(duì)象熱連接的第I冷卻臺(tái)20。第I冷卻臺(tái)20被流過第I間隙Cl的制冷劑氣體冷卻。
[0024]第2置換器3具有圓筒狀的外周面。第2置換器3的內(nèi)部被上端的整流器21、下端的整流器22、位于上下中間的分隔件23在軸向上分成兩級(jí)。在第2置換器3的內(nèi)部容積中的比分隔件23更靠高溫側(cè)的高溫側(cè)區(qū)域24填充有例如由鉛或鉍等非磁性材料制成的第2蓄冷材料。在分隔件23的低溫(下級(jí))側(cè)的低溫側(cè)區(qū)域25填充有與高溫側(cè)區(qū)域24不同的蓄冷材料，例如由HoCu2等磁性材料制成的第3蓄冷材料。鉛或秘、HoCu 2等形成為球