超低温制冷机及超低温制冷机的运行方法技术

本发明专利技术提供一种降低超低温制冷机所产生的寒冷的到达温度的技术。在通过使氦膨胀来产生4[K]以下的寒冷的超低温制冷机(1)中，膨胀器(50)使高压氦膨胀。压缩机(12)将从膨胀器(50)返回的低压氦压缩以生成高压氦，并将该高压氦供给到膨胀器(50)。当膨胀器(50)内的氦的温度为2.17[K]以下时，低压氦的压力设为横轴表示温度且纵轴表示压力的氦的状态图中的氦的体积膨胀系数为0的曲线的压力以上。

【技术实现步骤摘要】
本申请主张基于2014年12月22日申请的日本专利第2014-259040号及2015年7月23日申请的日本专利申请第2015-146032号的优先权。这些日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本专利技术涉及一种通过使从压缩装置供给的高压氦膨胀来产生寒冷的超低温制冷机及该超低温制冷机的运行方法。
技术介绍
作为超低温制冷机，例如有专利文献1中记载的制冷机。置换器式超低温制冷机具备膨胀器，该膨胀器以能够使置换器移动的方式将置换器容纳在缸体内部。在置换器式超低温制冷机中，通过使置换器在缸体内部往复运动的同时使氦在膨胀器内膨胀，从而产生寒冷。在膨胀器内产生的氦的寒冷积蓄在蓄冷器的同时传递到冷却台而达到所希望的超低温，从而冷却连接于冷却台的冷却对象。例如，如果这些超低温制冷机利用在大气压下的液体氦的生成时，通常产生4[K]左右的寒冷。若能够进一步降低该寒冷的到达温度，则能够提供例如氦超流动转变温度。专利文献1：日本特开2006-242484号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种降低超低温制冷机所产生的寒冷的到达温度的技术。为了解决上述课题，本专利技术的一种实施方式的超低温制冷机通过使氦膨胀来产生4[K]以下的寒冷，该超低温制冷机具备：膨胀器，使高压氦膨胀；及压缩机，对从膨胀器返回的低压氦进行压缩以生成高压氦，并将该高压氦供给到膨胀器。当膨胀器内的氦的温度为2.17[K]以下时，低压氦的压力设为横轴表示温度且纵轴表示压力的氦的状态图中的氦的体积膨胀系数为0的曲线的压力以上。本专利技术的另一种实施方式为超低温制冷机的运行方法，该方法为在超低温制冷机中通过使氦膨胀来产生4[K]以下的寒冷的运行方法，其中，所述超低温制冷机具备：膨胀器，使高压氦膨胀；及压缩机，对从膨胀器返回的低压氦进行压缩以生成高压氦，并将该高压氦供给到膨胀器。该超低温制冷机的运行方法包括如下步骤：检测膨胀器内的氦的温度；及当检测出的温度为2.17[K]以下时，将所述低压氦的压力设为横轴表示温度且纵轴表示压力的氦的状态图中的氦的体积膨胀系数为0的曲线的压力以上。根据本专利技术，能够提供一种降低超低温制冷机所产生的寒冷的到达温度的技术。附图说明图1为表示本专利技术的实施方式所涉及的超低温制冷机的示意图。图2为表示超低温下的氦4的相的状态图。图3为表示本专利技术的实施方式所涉及的超低温制冷机的示意图。图4为表示本专利技术的实施方式所涉及的超低温制冷机的示意图。图中：1-超低温制冷机，2-置换器，2a-主体部，2b-盖部，3-膨胀空间，4-缸体，5-冷却台，7-蓄冷器，8-室温室，9-上端侧整流器，10-下端侧整流器，11-上部开口，12-压缩机，13-供给阀，14-回流阀，15-密封件，16-排气口，50-膨胀器，60-超低温制冷机，62-膨胀器，64-压缩机，68-氦罐部，70-氦罐控制部，76-二级氦膨胀室，78-二级换热器，92-氦罐，94-连结配管，96-阀，98-二级温度传感器，100-温度比较部，102-阀控制部，110-超低温制冷机，112-第1冷却部，114-第2冷却部，116-第1膨胀器，118-第1压缩机，120-第1氦气管路，122-氦膨胀室，124-第2膨胀器，126-第2压缩机，128-第2氦气管路，130-氦接收室。具体实施方式下面，根据附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1为表示本专利技术的实施方式所涉及的超低温制冷机1的示意图。实施方式所涉及的超低温制冷机1为将氦4(4He)的氦用作制冷剂气体的吉福德-麦克马洪式制冷机。超低温制冷机1具备：缸体4，与置换器2之间形成使高压氦膨胀的膨胀空间3；及有底圆筒状的冷却台5，与膨胀空间3相邻，并且以从外侧包围该膨胀空间的方式存在。冷却台5作为在冷却对象与氦之间进行换热的换热器发挥作用。以下，在本说明书中，将在缸体4内容纳置换器2并使氦膨胀的整个结构统称为“膨胀器50”。压缩机12回收从膨胀器50返回的低压氦，并对其进行压缩之后，将高压氦供给到膨胀器50。置换器2包括主体部2a及设置于低温端的盖部2b。盖部2b可以由与主体部2a相同的部件构成。并且，盖部2b也可以由导热率高于主体部2a的材质构成。如此一来，盖部2b还作为与在盖部2b内部流动的氦之间进行换热的导热部发挥作用。作为盖部2b例如使用铜、铝、不锈钢等导热率至少大于主体部2a的材料。冷却台5例如由铜、铝、不锈钢等构成。缸体4以使置换器2能够在长度方向上往复移动的方式容纳置换器2。从强度、导热率及氦阻断能力等观点出发，缸体4例如使用不锈钢。在置换器2的高温端设置有往复驱动置换器2的未图示的止转棒轭机构，置换器2沿着缸体4的轴向进行往复移动。置换器2具有圆筒状的外周面，且在置换器2的内部填充有蓄冷材料。该置换器2的内部空间构成蓄冷器7。在蓄冷器7的上端侧及下端侧分别设置有对氦的流动进行整流的上端侧整流器9及下端侧整流器10。在置换器2的高温端形成有使氦从室温室8流向置换器2的上部开口11。室温室8为由缸体4与置换器2的高温端形成的空间，且其容积随着置换器2的往复移动而发生变化。在室温室8上连接有将由压缩机12、供给阀13及回流阀14构成的供排气系统相互连接的配管中的供排气共用配管。并且，在置换器2的偏靠高温端部分与缸体4之间安装有密封件15。在置换器2的低温端形成有将氦导入到膨胀空间3的氦的排气口16。并且，在置换器2的外壁与缸体4的内壁之间设置有间隙C，该间隙C成为连结置换器2的内部空间与膨胀空间3的氦的流路。膨胀空间3为由缸体4与置换器2形成的空间，其容积随着置换器2的往复移动发生变化。在缸体4的外周且与底部的膨胀空间3相对应的位置配置有与冷却对象热连接的冷却台5。氦通过氦的排气口16及间隙C而流入到膨胀空间3，从而供给到膨胀空间3。接着，对超低温制冷机1的动作进行说明。在氦供给工序的某一时刻，置换器2如图1所示位于缸体4的下止点LP。若与此同时或者在稍微错开的时刻打开供给阀13，则高压氦经由供给阀13从供排气共用配管供给到缸体4内。其结果，高压氦从位于置换器2的上部的上部开口11流入到置换器2内部的蓄冷器7中。流入到蓄冷器7的高压氦在被蓄冷材料冷却的同时经由位于置换器2的下部的氦的排气口16及间隙C而供给到膨胀空间3。若膨胀空间3被高压氦充满，则供给阀13被关闭。此时，置换器2位于缸体4内的上止点UP。若本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低温制冷机，其通过使氦膨胀而产生4[K]以下的寒冷，该超低温制冷机的特征在于，具备：膨胀器，使高压氦膨胀；及压缩机，对从所述膨胀器返回的低压氦进行压缩以生成高压氦，并将该高压氦供给到所述膨胀器，当所述膨胀器内的氦的温度为2.17[K]以下时，所述低压氦的压力设为横轴表示温度且纵轴表示压力的氦的状态图中的氦的体积膨胀系数为0的曲线的压力以上。

【技术特征摘要】
2014.12.22 JP 2014-259040;2015.07.23 JP 2015-146031.一种超低温制冷机，其通过使氦膨胀而产生4[K]以下的寒冷，该超低温
制冷机的特征在于，具备：
膨胀器，使高压氦膨胀；及
压缩机，对从所述膨胀器返回的低压氦进行压缩以生成高压氦，并将该高
压氦供给到所述膨胀器，
当所述膨胀器内的氦的温度为2.17[K]以下时，所述低压氦的压力设为横
轴表示温度且纵轴表示压力的氦的状态图中的氦的体积膨胀系数为0的曲线的
压力以上。
2.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述低压氦的压力为15[bar]以上。
3.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述低压氦的压力为25[bar]以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述高压氦的压力为所述状态图中的氦的熔化曲线以下。
5.根据权利要求4所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述高压氦的压力为35[bar]以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，
将所述膨胀器内的氦的温度设为T[K]、压力设为P[bar]、每单位质量的
熵设为s[J/gK]时，所述体积膨胀系数为0的曲线为以下式表示的曲线。
[式1]
( ∂ T ∂ P ) s = 0 ]]>7.根据权利要求1至6中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述氦为氦4。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述膨胀器具备氦膨胀室及从外侧包围所述氦膨胀室的换热器，
所述超低温制冷机还具备：
氦罐部，连结于所述超低温制冷机以向所述超低温制冷机供给氦；及
氦罐控制部，所述氦罐控制部控制所述氦罐部以根据所述氦膨胀...

【专利技术属性】
技术研发人员：许名尧，A·T·A·M·德·韦尔，包乾，
申请(专利权)人：住友重机械工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP