JPH0285653A - Very low temperature refrigerator - Google Patents

Very low temperature refrigerator

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Publication number
JPH0285653A
JPH0285653A JP23579688A JP23579688A JPH0285653A JP H0285653 A JPH0285653 A JP H0285653A JP 23579688 A JP23579688 A JP 23579688A JP 23579688 A JP23579688 A JP 23579688A JP H0285653 A JPH0285653 A JP H0285653A
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JP
Japan
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cooled
refrigerant gas
cooling
circuit
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP23579688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Sata
健一 佐多
Satoru Uosaki
宇於崎 哲
Tomoaki Ko
倫明 康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0285653A publication Critical patent/JPH0285653A/en
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧縮されたヘリウム等の冷媒ガスの断熱膨脹
により極低温レベルの寒冷を発生させて被冷却物を冷却
する極低温冷凍機に関し、特に、被冷却物の冷却溝造の
改良技術に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a cryogenic refrigerator that cools objects to be cooled by generating cryogenic cold by adiabatic expansion of compressed refrigerant gas such as helium. In particular, the present invention relates to an improved technology for creating cooling grooves for objects to be cooled.

(従来の技術) 従来より、例えば4に程度の極低温レベルで作動させる
低温作動機器を同温度レベルまで冷却するための極低温
冷凍機として、予冷冷凍回路及びJ−7回路を備えた2
元回路の冷凍機は知られている。
(Prior Art) Conventionally, as a cryogenic refrigerator for cooling low-temperature operating equipment that operates at a cryogenic level of about 4,000 yen to the same temperature level, a cryogenic refrigerator equipped with a pre-cooling refrigeration circuit and a J-7 circuit has been used.
The original circuit refrigerator is known.

この極低温冷凍機は、例えば米国特許第4223540
号等に記載されているように、圧縮機で圧縮されたヘリ
ウムガス(冷媒ガス)を膨脹機で断熱膨脹させてそのガ
スの温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させると
ともに、その寒冷により上記膨脹機のヒートステーショ
ンを冷却保tjjするG−Mサイクル(ギフオード・マ
クマホンサイクル)や改良ソルベーサイクル等の予冷冷
凍回路と、上記予冷冷凍回路の圧縮機又は他の圧縮機か
ら供給されたヘリウムガスを上記膨脹機のヒートステー
ションとの間で熱交換して予冷する予冷器及びヘリウム
ガスをジュールトムソン膨脹させるJ−T弁を閉回路に
接続してなるJ−7回路とを備えてなるものであり、上
記J −7回路において、圧縮機からのヘリウムガスを
予冷器で予冷するとともに、該予冷されたヘリウムガス
をJ −T弁でジュールトムソン膨脹させて気液混合状
態とし、そのヘリウムの蒸発潜熱によりさらに低い温度
レベルの寒冷を発生させるようになされている。
This cryogenic refrigerator is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,223,540.
As described in the above issue, helium gas (refrigerant gas) compressed by a compressor is adiabatically expanded by an expander, and the temperature of the gas is lowered to generate cryogenic level coldness, and the coldness causes the above-mentioned A pre-cooling refrigeration circuit such as a GM cycle (Gifford-McMahon cycle) or an improved Solvay cycle that keeps the heat station of the expander cool, and helium gas supplied from the compressor of the pre-cooling refrigeration circuit or another compressor. It is equipped with a precooler for precooling by exchanging heat with the heat station of the expander, and a J-7 circuit in which a J-T valve for Joule-Thomson expansion of helium gas is connected in a closed circuit. In the above J-7 circuit, the helium gas from the compressor is precooled by the precooler, and the precooled helium gas is Joule-Thompson expanded by the J-T valve to form a gas-liquid mixed state, and the latent heat of vaporization of the helium is It is designed to generate refrigeration at an even lower temperature level.

(発明が解決しようとする課題) ところで、上記J−T回路により発生した極低温レベル
の寒冷により低温作動機器を含む被冷却物を冷却する場
合、 ■ 被冷却物を冷凍機の極低温レベル発生部に熱伝導可
能に接触させて冷却する方法と、■ 低温保持容器(ク
ライオスタット)内に極低温レベルの液体ヘリウムを蓄
えて、該液体ヘリウムに被冷却物を浸漬して冷却すると
ともに、低温保持容器内に上記冷凍機の極低温レベル発
生部を挿入して、蒸発したヘリウムガスの凝縮液化のた
めに冷凍機を使用する方法 とが一般に採用されている。
(Problems to be Solved by the Invention) By the way, when cooling objects including low-temperature operating equipment with the cryogenic level generated by the above-mentioned J-T circuit, (1) Storing liquid helium at an extremely low temperature in a cryostat, cooling the object by immersing it in the liquid helium, and maintaining the temperature at a low temperature. Generally, a method is adopted in which a cryogenic level generation part of the refrigerator is inserted into a container and the refrigerator is used to condense and liquefy the evaporated helium gas.

しかし、上記■の方法では、被冷却物の形状や材料の性
質等に起因して、被冷却物の冷却温度が冷凍機からの受
冷部とそれ以外の部分とで異なって局所的に不安定にな
り、また被冷却物の冷却完了までの時間が増大するとい
う問題があった。
However, in method (2) above, due to the shape of the object, the properties of the material, etc., the cooling temperature of the object differs between the cooling part from the refrigerator and the other parts, resulting in local inconvenience. There is a problem that the cooling becomes stable and the time required to complete cooling of the object to be cooled increases.

具体的に、例えば被冷却物として、磁場勾配計を持ち、
微小な磁束を検出する超伝導デバイスの1つである超伝
導m子干渉計(SQUID)を極低温レベル(作動温度
レベル)に冷却しようとする場合、この磁場勾配計を持
った超伝導量子干渉計は一般に縦長形状であり、しかも
磁場勾配計が樹脂等の熱伝導率の低い材料に巻き付けら
れて作られるために、こうした形状や材質等により上記
局所的な温度の不安定や冷却完了時間の増大を招く。そ
して、その場合、超伝導量子干渉計は冷却温度のふらつ
きによって雑音が発生する特性を持っていることから、
超伝導量子干渉計を安定して作動することができない不
具合が生じる。
Specifically, for example, it has a magnetic field gradiometer as the object to be cooled,
When trying to cool a superconducting m-son interferometer (SQUID), which is one of the superconducting devices that detect minute magnetic flux, to an extremely low temperature level (operating temperature level), a superconducting quantum interference device equipped with this magnetic field gradiometer is used. The meter is generally vertically long, and since the magnetic field gradiometer is wrapped around a material with low thermal conductivity such as resin, the shape and material may cause the local temperature instability and cooling completion time. cause an increase. In that case, since superconducting quantum interferometers have the characteristic of generating noise due to fluctuations in cooling temperature,
A problem arises in which the superconducting quantum interferometer cannot operate stably.

一方、上記■の方法では、低温保持容器内の液体ヘリウ
ムに被冷却物を浸漬して冷却するため、その被冷却物を
全体に互って安定してかつ短時間で冷却することができ
る。しかし、反面、被冷却物を低温保持容器内のヘリウ
ムを介して間接的に冷却するため、非作動状態での冷却
システムの操作性が悪くなるという問題があった。また
、低温保持容器内で蒸発により気体となったヘリウムガ
スは液体状態よりも体積が増えるので、その大容量のヘ
リウムガスを冷凍機によって冷却せねばならず、被冷却
物に対する冷却ロスが大きく、大容量の圧縮機が必要と
なる。
On the other hand, in the method (2) above, the object to be cooled is cooled by immersing it in liquid helium in the cryogenic container, so that the entire object to be cooled can be cooled stably and in a short time. However, on the other hand, since the object to be cooled is indirectly cooled through the helium in the cryogenic container, there is a problem in that the operability of the cooling system in the non-operating state deteriorates. In addition, the volume of helium gas that becomes a gas due to evaporation in the cryogenic container increases compared to that of a liquid state, so the large volume of helium gas must be cooled by a refrigerator, which causes a large cooling loss to the object to be cooled. A large capacity compressor is required.

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、上記の如く極低温冷凍機により被冷却
物を冷却する場合において、その被冷却物に対する冷却
構造を改良することにより、被冷却物を全体に互って安
定してかつ短時間で冷却できるようにするとともに、冷
却システムの操作性を向上させることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to improve the cooling structure for the object to be cooled when the object to be cooled is cooled by a cryogenic refrigerator as described above. The object of the present invention is to enable cooling of the entire object to be cooled stably and in a short time, and to improve the operability of the cooling system.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明の解決手段は、冷媒
ガスの圧縮手段と膨脂手段とを閉回路に接続し、その閉
回路中の極低温レベル発生部に密閉状冷却空間を形成し
て、その冷却空間の内部に被冷却物を収容する。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the solving means of the present invention connects a refrigerant gas compression means and a fat expansion means to a closed circuit, and generates a cryogenic level in the closed circuit. A sealed cooling space is formed in the cooling space, and the object to be cooled is housed inside the cooling space.

すなわち、本発明は、第1図に示すように、冷媒ガスを
圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段により圧縮された冷媒
ガスを膨脹させる膨脂手段(16)とが閉回路に接続さ
れ、上記膨脂手段(16)による冷媒ガスの膨脹により
冷媒ガスの温度を極低温レベルに降下させて寒冷を発生
させ、被冷却物(21)を冷却するようにした極低温冷
凍機が前提であり、その特徴は、上記閉回路の一部でか
つ膨脂手段06)により冷媒ガスが極低温レベルに温度
降下する部分に、被冷却物(21)の形状に略対応した
形状の冷却空間(20)を形成して、該冷却空間(20
)に被冷却物(21)を収容するものである。
That is, as shown in FIG. 1, in the present invention, a compression means for compressing refrigerant gas and an expansion means (16) for expanding the refrigerant gas compressed by the compression means are connected to a closed circuit. The premise is a cryogenic refrigerator that cools the object to be cooled (21) by lowering the temperature of the refrigerant gas to a cryogenic level by expanding the refrigerant gas by the fat expansion means (16) to generate cold. Its feature is that in the part of the closed circuit where the temperature of the refrigerant gas is lowered to an extremely low temperature level by the fat expansion means 06), there is a cooling space (20) whose shape approximately corresponds to the shape of the object to be cooled (21). to form the cooling space (20
) houses the object to be cooled (21).

また、具体的には、本発明の冷凍機は予冷冷凍回路(2
)と、J−7回路(8)とを礒えたものとする。すなわ
ち、予冷冷凍回路(2)は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機
及び圧縮された冷媒ガスを膨脹させる膨脹機(3)が閉
回路に接続されてなり、上記膨脹機(3)には所定温度
レベルに保持されるヒートステーション(8) 、 (
7)が形成され、上記圧縮機で圧縮された冷媒ガスを膨
脹機(3)で膨脹させて寒冷を発生させるとともに、そ
の寒冷により上記ヒートステーション(G) 、 (7
)を冷却保持するものである。一方、J−7回路(8)
は、上記予冷冷凍回路(2)の圧縮機又は他の圧縮機か
ら1」(給された冷媒ガスを上記膨脹機(3)のヒート
ステーション(if) 、 (7)との間で熱交換して
予冷する予冷器(14)、 (15)及び冷媒ガスをジ
ュールトムソン膨脹させるJ−T弁(1G)を閉回路に
接続してなり、圧縮機からの冷媒ガスを上記予冷器(1
4)、 (15)で予冷するとともに、該予冷された冷
媒ガスを上記J−T弁(16)でジュールトムソン膨脹
させて気液混合状態とし、その冷媒の蒸発潜熱により極
低温レヘルの寒冷を発生させるものである。
Moreover, specifically, the refrigerator of the present invention has a pre-cooling refrigeration circuit (2
) and the J-7 circuit (8) are combined. That is, the pre-cooling refrigeration circuit (2) includes a compressor that compresses refrigerant gas and an expansion machine (3) that expands the compressed refrigerant gas, which are connected in a closed circuit, and the expansion machine (3) has a predetermined temperature. Heat station (8) held at level (
7) is formed, and the refrigerant gas compressed by the compressor is expanded in the expander (3) to generate cold, and the cold cools the heat stations (G) and (7).
) is kept cool. On the other hand, J-7 circuit (8)
The refrigerant gas supplied from the compressor of the pre-cooling refrigeration circuit (2) or another compressor is heat exchanged with the heat station (if), (7) of the expander (3). The precoolers (14) and (15) for precooling the refrigerant gas and the J-T valve (1G) for Joule-Thomson expansion of the refrigerant gas are connected in a closed circuit, and the refrigerant gas from the compressor is transferred to the precooler (15).
4) and (15), the precooled refrigerant gas is Joule-Thomson expanded in the J-T valve (16) to form a gas-liquid mixture state, and the latent heat of vaporization of the refrigerant cools the cryogenic temperature. It is something that generates.

そして、この冷凍機では、上記J −T弁(16)下流
のJ−7回路(8)に、被冷却物(21)の形状に略対
応した密閉状冷却空間(20)を形成し、該冷却空間(
20)に被冷却物(21)を収容する。
In this refrigerator, a closed cooling space (20) approximately corresponding to the shape of the object to be cooled (21) is formed in the J-7 circuit (8) downstream of the J-T valve (16). Cooling space (
20) houses the object to be cooled (21).

また、全体を極低温レベルに安定保持することによって
著しい効果が得られる被冷却物(21)として、該被冷
却物(21)は磁場勾配計(21a)を持った超伝導量
子干渉計(21)とする。
In addition, the object to be cooled (21) is a superconducting quantum interferometer (21) having a magnetic field gradiometer (21a), which can obtain a remarkable effect by stably maintaining the whole at an extremely low temperature level. ).

さらに、被冷却物(21)に対する冷却性を高めるため
に、上記予冷冷凍回路(2)のヒートステーション(B
) 、 (7) 、J−7回路(8)のJ −T弁(1
B)及び冷却空間(20)を真空容器(1)中に内装す
る。
Furthermore, in order to improve the cooling performance for the object to be cooled (21), the heat station (B) of the pre-cooling refrigeration circuit (2) is
), (7), J-T valve (1) of J-7 circuit (8)
B) and cooling space (20) are placed inside the vacuum container (1).

(作用) 上記の構成により、本発明では、冷凍機の作動中、冷媒
ガスは圧縮手段と膨脂手段(16)との間の閉回路を循
環し、圧縮手段により冷媒ガスが圧縮されるとともに、
この圧縮された冷媒ガスは膨脂手段(16)において断
熱膨脹して温度が極低温レベルに降下し、このガス温度
の降下によって極低温レベルの寒冷が発生する。そして
、上記圧縮手段と膨脂手段(1B)とを接続する閉回路
の一部で、かつ該膨脂手段(16)によるガス膨脹によ
りその温度が降下する部分には、被冷却物(21)の形
状に略対応した形状の冷却空間(20)が形成され、該
冷却空間(20)に被冷却物(21)が収容されている
ので、上記極低温レベルに温度降下した冷媒ガスにより
被冷却物(21)が直接的に冷却される。その場合、上
記冷却空間(20)は閉回路の一部を(R成し、該冷却
空間(20)に被冷却物(21)が収容されているので
、冷却空間(20)内で極低温レベルに温度が降下した
冷媒ガスによって被冷却物(21)は全体的に冷却され
ることとなり、その温度が局所的に不安定になることは
なく、しかも被冷却物(21)の温度を短時間で極低温
レベルに到達させてその冷却完了時間を短縮できる。
(Function) With the above configuration, in the present invention, during operation of the refrigerator, refrigerant gas circulates in a closed circuit between the compression means and the fat expansion means (16), and the refrigerant gas is compressed by the compression means. ,
This compressed refrigerant gas undergoes adiabatic expansion in the fat expansion means (16) and its temperature drops to a cryogenic level, and this drop in gas temperature generates cryogenic refrigeration. In a part of the closed circuit that connects the compression means and the fat expansion means (1B) and whose temperature drops due to gas expansion by the fat expansion means (16), there is a cooled object (21). A cooling space (20) having a shape approximately corresponding to the shape of The object (21) is directly cooled. In that case, the cooling space (20) forms part of a closed circuit (R), and the object to be cooled (21) is housed in the cooling space (20), so the cooling space (20) is kept at an extremely low temperature. The object to be cooled (21) will be cooled entirely by the refrigerant gas whose temperature has dropped to the level, and the temperature will not become locally unstable, and the temperature of the object to be cooled (21) will be reduced. It is possible to reach the cryogenic temperature level in a short time and shorten the cooling completion time.

また、被冷却物(21)は圧縮手段と膨脹手段(1G)
とを接続する閉回路の一部を構成する冷却空間(20)
中に収容されるので、被冷却物(21)に対する冷却操
作が容品となり、冷却システムの操作性を向上できる。
In addition, the object to be cooled (21) is a compression means and an expansion means (1G).
A cooling space (20) forming part of a closed circuit connecting the
Since it is housed inside, the cooling operation for the object to be cooled (21) becomes a container, and the operability of the cooling system can be improved.

しかも、被冷却物(21)を閉回路中で直接的に冷却す
るので、被冷却物(21)に対する冷却口′スが小さく
なり、大容量の圧縮手段は不要となる。
Furthermore, since the object to be cooled (21) is directly cooled in the closed circuit, the cooling opening space for the object to be cooled (21) is small, and a large-capacity compression means is not required.

そして、J −T弁(lO)を構成要素とする閉回路の
J−7回路(8)と、該J、−T回路(8)の冷媒ガス
を予冷する予冷冷凍回路(2)とを備えた極低温冷凍機
では、圧縮機からの冷媒ガスが上記予冷器(14)、 
(15)で予冷され、その予冷された冷媒ガスは上記J
−T弁(1B)でジュールトムソン膨脂して気液混合状
態となり、その気液混合状態の冷媒の蒸発潜熱により極
低温レベルの寒冷が発生する。
It is equipped with a closed J-7 circuit (8) that includes a J-T valve (lO) as a component, and a pre-cooling refrigeration circuit (2) that pre-cools the refrigerant gas in the J and -T circuits (8). In the cryogenic refrigerator, the refrigerant gas from the compressor passes through the precooler (14),
(15), and the precooled refrigerant gas is
- The Joule-Thomson fat expands at the T valve (1B) and becomes a gas-liquid mixed state, and the latent heat of evaporation of the refrigerant in the gas-liquid mixed state generates freezing at an extremely low temperature level.

その場合、上記J−T弁(1B)下流のJ −7回路(
8)に形成した密閉状冷却空間(20)に被冷却物(2
1)が収容されているため、上記気液混合状態の冷媒の
蒸発潜熱により発生した寒冷により被冷却物(21)が
冷却される。このため、冷却空間(20)内で極低温レ
ベルに温度が降下した冷媒ガスによって被冷却物(21
)は直接的にかつ全体的に冷却されて、その温度が局所
的に不安定になることはなく、しかも被冷却物(21)
の冷却完了時間を短縮できる。
In that case, the J-7 circuit (
The object to be cooled (2) is placed in the closed cooling space (20) formed in (8).
1), the object to be cooled (21) is cooled by the cold generated by the latent heat of vaporization of the refrigerant in the gas-liquid mixed state. For this reason, the object to be cooled (21
) is directly and globally cooled, its temperature is not locally unstable, and the object to be cooled (21)
The cooling completion time can be shortened.

さらに、被冷却物(21)を磁場勾配計(21a)を持
った超伝導量子干渉計(21)とすると、該超伝導量子
干渉計(21)は冷却空間(20)により収容されて、
全体を極低温レベルに安定して冷却保持される。
Further, when the object to be cooled (21) is a superconducting quantum interferometer (21) having a magnetic field gradiometer (21a), the superconducting quantum interferometer (21) is accommodated in the cooling space (20),
The entire structure is kept stably cooled to cryogenic levels.

このことによって超伝導m子干渉計(21)はその温度
のふらつきが抑制され、温度のふらつきによる雑音の発
生が低減されるので、著効な効果が得られることとなる
。
This suppresses temperature fluctuations in the superconducting m-son interferometer (21) and reduces noise generation due to temperature fluctuations, resulting in a significant effect.

また、上記予冷冷凍回路(2)のヒートステーション(
8) 、 (7) 、J−7回路(8)のJ −T弁(
16)及び冷却空間(20)を真空容器(1)中に内装
すると、それらは真空により常温部分から断熱されるこ
ととなり、その分、被冷却物(21)に対する冷却性を
高めることができる。
In addition, the heat station (
8), (7), J-T valve of J-7 circuit (8) (
16) and the cooling space (20) inside the vacuum container (1), they will be insulated from the normal temperature part by the vacuum, and the cooling performance for the object to be cooled (21) can be improved accordingly.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は本発明の実施例に係る2元回路のヘリウム冷凍
機を示し、(1)は気密状に密閉された真空容器であっ
て、その内部は真空状態に保たれている。この真空容器
(1)には予冷冷凍回路(2)の膨脹機(3)及びJ−
7回路(8)の膨脹ユニット(9)と、被冷却物として
磁場勾配計(2La)を持った超伝導量子干渉計(21
)とが取り付けられている。
FIG. 1 shows a binary circuit helium refrigerator according to an embodiment of the present invention, in which (1) is a hermetically sealed vacuum container, the interior of which is maintained in a vacuum state. This vacuum container (1) is equipped with an expander (3) of a pre-cooling refrigeration circuit (2) and a J-
An expansion unit (9) with 7 circuits (8) and a superconducting quantum interferometer (21) with a magnetic field gradiometer (2La) as a cooled object.
) is attached.

上記予冷冷凍回路(2)は、G −M (ギフオード・
マクマホン)サイクルの冷凍機で構成されていて、J−
7回路(8)におけるヘリウムガスを予冷するためにヘ
リウムガスを圧縮膨脹させるものであり、図外の予冷用
圧縮機と膨脹機(3)とを閉回路に接続してなる。上記
膨脹機(3)は真空容器(1)に対し振動を絶縁された
状態で取り付けられている。この膨脹機(3)は、真空
容器(1)外上面に配置されたケーシング(4)と、該
ケーシング(4)の下部に連設された2段構造のシリン
ダ(5)とを有し、上記ケーシング(4)には予冷用圧
縮機の吐出側に接続される高圧ガス入口(4a)と、同
吸入側に接続される低圧ガス出口(4b)とが開口され
ている。また、上記シリンダ(5)は真空容器(1)の
土壁を貫通して容器(1)内に垂下していて、その外周
にはその大径部(5a)下端に所定温度レベル(55〜
60K)に保持される第1ヒートステーション(6)が
、また小径部(5b)下端に上記第1ヒートステーシヨ
ン(6)よりも低い所定温度レベル(15〜20K)に
保持される第2ヒートステーシヨン(7)がそれぞれ形
成されている。
The pre-cooling refrigeration circuit (2) is G-M (Gifford).
It consists of a J-McMahon) cycle refrigerator.
7 Helium gas is compressed and expanded in order to pre-cool the helium gas in the circuit (8), and a pre-cooling compressor (not shown) and an expander (3) are connected in a closed circuit. The expander (3) is attached to the vacuum container (1) in a vibration-insulated manner. This expander (3) has a casing (4) arranged on the outer upper surface of the vacuum container (1), and a two-stage cylinder (5) connected to the lower part of the casing (4), A high-pressure gas inlet (4a) connected to the discharge side of the pre-cooling compressor and a low-pressure gas outlet (4b) connected to the suction side of the pre-cooling compressor are opened in the casing (4). Further, the cylinder (5) penetrates the earthen wall of the vacuum container (1) and hangs down inside the container (1), and has a large diameter portion (5a) on its outer periphery at a predetermined temperature level (55~
A first heat station (6) maintained at a temperature of 60 K) and a second heat station held at a predetermined temperature level (15 to 20 K) lower than the first heat station (6) at the lower end of the small diameter portion (5b). (7) are formed respectively.

そして、図示しないが、上記シリンダ(5)内にはシリ
ンダ(5)内に上記ヒートステーション(6)。
Although not shown, the heat station (6) is installed inside the cylinder (5).

(7)に対応する位置に膨脹室を区画形成するディスプ
レーサ(置換器)が往復動可能に嵌装されている。一方
、上記ケーシング(4)内には、回転する毎に開弁して
上記高圧ガス人口(4a)がら流入したヘリウムガスを
上記シリンダ(5)内膨脹室に1%給し又は膨脂室内で
膨脹したヘリウムガスを低圧ガス出口(4b)から排出
するロークリバルブと、該ロータリバルブを駆動するバ
ルブモータとが嵌装されており、膨脹機(3)における
ロータリバルブの開弁により高圧のヘリウムガスをシリ
ンダ(5)内膨脹室でサイモン膨脹させてその膨脹に1
ヤう温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させ、そ
の寒冷をシリンダ(5)における第1及び第2ヒートス
テーシヨン(6) 、 (7)にて保持する。よって、
予冷用圧縮機から吐出された高圧のヘリウムガスを膨脹
機(3)に供給し、その膨脹機(3)での断熱膨脹によ
りヒートステーション(G) 、  (7)の温度を低
下させて、J −”l’ 回路(8)における後述の予
冷器(14)、 (15)を予冷し、膨脹した低圧ヘリ
ウムガスを圧縮機に戻して再圧縮するようにした閉回路
の予冷冷凍回路(2)が構成されている。
A displacer that partitions and forms an expansion chamber is fitted in a position corresponding to (7) so as to be reciprocally movable. On the other hand, in the casing (4), a valve is opened every time the casing rotates to supply 1% helium gas flowing from the high pressure gas population (4a) into the expansion chamber of the cylinder (5) or into the fat expansion chamber. A rotary valve that discharges the expanded helium gas from the low-pressure gas outlet (4b) and a valve motor that drives the rotary valve are installed, and when the rotary valve in the expander (3) is opened, high-pressure helium gas is discharged. Simon is inflated in the expansion chamber inside the cylinder (5) and its expansion is 1
This temperature drop generates a cryogenic level of cold, which is retained in the first and second heat stations (6), (7) in the cylinder (5). Therefore,
The high-pressure helium gas discharged from the pre-cooling compressor is supplied to the expander (3), and the temperature of the heat stations (G) and (7) is lowered by adiabatic expansion in the expander (3). - A closed precooling refrigeration circuit (2) that precools the precoolers (14) and (15) (described later) in the "l' circuit (8), and returns the expanded low-pressure helium gas to the compressor for recompression. is configured.

一方、上記J−T回路(8)は、極低温レベル(約4K
)の寒冷を発生させるためにヘリウムガスを圧縮してジ
ュールトムソン膨脹させる冷凍回路であって、ヘリウム
ガスを圧縮するJ −T圧縮機(図示せず)と、その圧
縮されたヘリウムガスをジュールトムソン膨脹させる膨
脹ユニット(9)とを備えている。上記膨脹ユニット(
9)は上記真空容器(1)外上面に配置された支持部(
10)を有し、該支持部(lO)には上記J −T圧縮
機の吐出側に接続される高圧ガス入口(Ih)と、同吸
入側に接続される低圧ガス出口(10b)とが開口され
ている。
On the other hand, the above J-T circuit (8) operates at an extremely low temperature level (approximately 4K
) is a refrigeration circuit that compresses helium gas and expands it using a Joule-Thomson to generate cold air. It is equipped with an expansion unit (9) for inflating. The above expansion unit (
9) is a support part (
10), and the support part (lO) has a high pressure gas inlet (Ih) connected to the discharge side of the J-T compressor and a low pressure gas outlet (10b) connected to the suction side. It is opened.

また、支持部(lO)の下部には、真空容器(1)の土
壁を貫通して容器(1)内に垂下する第1〜第′うのJ
−T熱交換Ti(11)〜(13)が連結されている。
In addition, at the lower part of the support part (lO), the first to the
-T heat exchange Ti (11) to (13) are connected.

上記各J−T熱交換器(11)〜(13)は1次側及び
2次側をそれぞれ通過するヘリウムガス間で互いに熱交
換させるもので、上記第1J−T熱交換器(11)の1
次側は上記支持部(10)の高圧ガス入口(10a)に
接続されている。上記第1及び第2のJ −T熱交換器
(11)、 (12)の各1次側同士は上記膨脹a(3
〉の第1ヒートステーシヨン(0)外周に配置した熱交
換器からなる第1予冷器(14)を介して接続されてい
る。また、第2及び第3J−T熱交換器(12)、 (
13)の各1次側同士は同様に膨脹機(3)の第2ヒー
トステーシヨン(7)外周に配置した熱交換器からなる
第2予冷器(15)を介して接続されている。さらに、
上記第3J−T熱交換器(13)の1次側は、高圧のヘ
リウムガスをジニールトムソン膨脹させるJ−T弁(1
6)に対し配管(17)を介して接続されている。この
J −T弁(lB)は真空容器(1)外から操作ロッド
(lea)によって開度が調整される。上記J−T弁(
16)は上記第3及び第2J−T熱交換器(13)、 
(12)の各2次側を経て第1J−T熱交換器(11)
の2次側に接続され、該第1J−T熱交換器(11)の
2次側は上記支持部(lO)の低圧ガス出口(IQb)
に接続されている。よって、J−T回路(8)では、J
−T圧縮機によりヘリウムガスを高圧に圧縮して真空容
器(1)側に供給し、それを真空容器(1)の第1〜第
3のJ −T熱交換器(ll)〜(13)において圧縮
機側に戻る低温低圧のヘリウムガスと熱交換させるとと
もに、第1及び第2予冷器(14)、 (15)でそれ
ぞれ膨脹機(3)の第1及び第2ヒートステーシヨン(
θ)、(7)と熱交換させて冷却したのち、J−T弁(
I6)でジュールトムソン膨脹させて1気圧、約4にの
気液混合状態のヘリウムとなし、しかる後、低圧となっ
たヘリウムガスを第1〜第3J−T熱交換器(l[)〜
(【3)の各2次側を通してJ−T圧縮機に吸入させて
再圧縮するように構成されている。
Each of the J-T heat exchangers (11) to (13) exchanges heat with helium gas passing through the primary side and the secondary side, respectively, and the first J-T heat exchanger (11) 1
The next side is connected to the high pressure gas inlet (10a) of the support section (10). The primary sides of the first and second J-T heat exchangers (11) and (12) are connected to each other on the expansion a(3
> is connected via a first precooler (14) consisting of a heat exchanger disposed around the first heat station (0). In addition, the second and third J-T heat exchangers (12), (
13) are similarly connected to each other via a second precooler (15) consisting of a heat exchanger disposed around the second heat station (7) of the expander (3). moreover,
The primary side of the third J-T heat exchanger (13) is a J-T valve (1
6) via piping (17). The opening degree of this J-T valve (1B) is adjusted from outside the vacuum vessel (1) by an operating rod (lea). Above J-T valve (
16) is the third and second J-T heat exchanger (13),
(12) through each secondary side of the first J-T heat exchanger (11)
The secondary side of the first J-T heat exchanger (11) is connected to the low pressure gas outlet (IQb) of the support part (lO).
It is connected to the. Therefore, in the J-T circuit (8), J
- Helium gas is compressed to high pressure by a T compressor and supplied to the vacuum container (1) side, and then transferred to the first to third J-T heat exchangers (ll) to (13) of the vacuum container (1). At the same time, heat is exchanged with the low-temperature, low-pressure helium gas returning to the compressor side, and the first and second precoolers (14) and (15) are used to heat the first and second heat stations (3) of the expander (3), respectively.
After cooling by exchanging heat with θ) and (7), the J-T valve (
I6), the helium is expanded by Joule-Thomson to form helium in a gas-liquid mixed state of 1 atmosphere and about 4 degrees, and then the helium gas, which has become low pressure, is transferred to the first to third J-T heat exchangers (l[) to
It is configured so that it is sucked into the J-T compressor through each secondary side of ([3) and recompressed.

さらに、本発明の特徴として、上記J −T弁(16)
と第3J−T熱交換器(13)の2次側とを接続する配
管(16)の途中には気密密閉状の収容容器(19)が
配設されている。この収容容器(■9)の内部には、上
記磁場勾配計(21a)を有する超伝導量子干渉計(2
1) (被冷却物)の形状に対応した形状の冷却空間(
20)が形成され、該冷却空間(20)は上記J −T
弁(lO)及び第3J−T熱交換器(13)の2次側に
連通していて、J−T回路(8)の一部を構成している
。そして、この冷却空間(20)内に上記磁場勾配計(
21a)を持った超伝導量子干渉計(21)が収容され
ている。
Furthermore, as a feature of the present invention, the above J-T valve (16)
An airtight container (19) is disposed in the middle of the pipe (16) connecting the secondary side of the third J-T heat exchanger (13). Inside this container (■9), there is a superconducting quantum interferometer (2) having the above-mentioned magnetic field gradiometer (21a).
1) Cooling space (with a shape corresponding to the shape of the object to be cooled)
20) is formed, and the cooling space (20) is the J-T
It communicates with the valve (lO) and the secondary side of the third J-T heat exchanger (13), and constitutes a part of the J-T circuit (8). In this cooling space (20), the magnetic field gradiometer (
A superconducting quantum interferometer (21) with 21a) is accommodated.

次に、上記実施例のヘリウム冷凍機の作動について詳述
する。
Next, the operation of the helium refrigerator of the above embodiment will be described in detail.

予冷冷凍回路(2)及びJ−T回路(8)の各圧縮機が
起動されて冷凍機が定常運転状態になると、予冷冷凍回
路(2)における膨脹機(3)で予冷用圧縮機から供給
された高圧のヘリウムガスが膨脹し、このガスの膨脹に
伴う温度降下によりシリンダ(5)の各ヒートステーシ
ョン(0) 、  (7)が極低温レベルに冷却される
。
When the compressors of the pre-cooling refrigeration circuit (2) and the J-T circuit (8) are started and the refrigerator enters a steady operating state, the expander (3) in the pre-cooling refrigeration circuit (2) supplies air from the pre-cooling compressor. The high-pressure helium gas is expanded, and the temperature drop accompanying the expansion of the gas cools each heat station (0), (7) of the cylinder (5) to a cryogenic level.

一方、これと同時に、J−7回路(8)では、圧縮機か
ら吐出された高圧のヘリウムガスが真空容器(1)側に
供給され、この真空容器(1)側に供給された高圧ヘリ
ウムガスは、支持部(lO)の高圧ガス入口(10a)
から第1J−T熱交換器(11)の1次側に入り、そこ
で圧縮機側へ戻る2次側の低圧ヘリウムガスと熱交換さ
れて常温300 Kから約70Kまで冷却され、その後
、膨脹機(3)の55〜60Kに冷却されている第1ヒ
ートステーシヨン(6)外周の第1予冷器(14)に入
って約55Kまで冷却される。この冷却されたガスは第
2J−T熱交換器(12)の1次側に入って、同様に2
次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により約20Kまで
冷却された後、膨脹機(3)の15〜20Kに冷却され
ている第2ヒートステーシヨン(7)外周の第2予冷器
(15)に入って約15Kまで冷却される。さらに、ガ
スは第3J−T熱交換器(13)の1次側に入って2次
側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により約5Kまで冷却
され、J−T弁(16)に至る。このJ−T弁(■6)
では高圧ヘリウムガスは絞られてジュールトムソン膨脹
し、1気圧、4.2にの気液混合状態のヘリウムとなっ
てJ −T弁(■0)下流の収容容器(19)内の冷却
空間(20)へ供給される。
On the other hand, at the same time, in the J-7 circuit (8), high pressure helium gas discharged from the compressor is supplied to the vacuum container (1) side, and high pressure helium gas supplied to the vacuum container (1) side. is the high pressure gas inlet (10a) of the support part (lO)
It enters the primary side of the first J-T heat exchanger (11), where it exchanges heat with the low-pressure helium gas on the secondary side that returns to the compressor side, and is cooled from room temperature 300 K to approximately 70 K, and then passes through the expander. (3) The first heat station (6), which is cooled to 55 to 60K, enters the first precooler (14) on the outer periphery and is cooled to about 55K. This cooled gas enters the primary side of the second J-T heat exchanger (12) and similarly
After being cooled down to about 20K by heat exchange with the low pressure helium gas on the next side, it is transferred to the second precooler (15) on the outer periphery of the second heat station (7) which is cooled to 15-20K in the expander (3). It is cooled down to about 15K. Further, the gas enters the primary side of the third J-T heat exchanger (13), is cooled to about 5K by heat exchange with the low-pressure helium gas on the secondary side, and reaches the J-T valve (16). This J-T valve (■6)
Then, the high-pressure helium gas is throttled and expanded by Joule-Thomson, becoming helium in a gas-liquid mixture state of 1 atm and 4.2%, which flows into the cooling space (19) in the storage container (19) downstream of the J-T valve (■0). 20).

そして、この収容容器(19)内の冷却空間(20)に
おいて、上記気液混合状態のヘリウムにおける酸部分の
蒸発潜熱により超伝導量子干渉計(21)が極低温レベ
ル(作動温度レベル)に冷却される。
Then, in the cooling space (20) within this storage container (19), the superconducting quantum interferometer (21) is cooled to an extremely low temperature level (operating temperature level) by the latent heat of vaporization of the acid part of the helium in the gas-liquid mixed state. be done.

しかる後、上記収容容W(19)から第3J−T熱交換
器(13)の2次側に戻る低圧ヘリウムガスは、約4.
2にの飽和ガスとなり、第2及び第1J−T熱交換器(
12)、 (11)において順に1次側の高圧ヘリウム
ガスを冷却して最後に約300Kに温度上昇し、しかる
後、支持部(10)の低圧ガス出口(10b)から圧縮
機の吸入側へ戻り、以後、同様なサイクルが繰り返され
て冷凍運転が行われる。
Thereafter, the low pressure helium gas returning from the storage capacity W (19) to the secondary side of the third J-T heat exchanger (13) is approximately 4.
2 becomes a saturated gas, and the second and first J-T heat exchangers (
12), in (11), the high pressure helium gas on the primary side is cooled in order, and finally the temperature is raised to about 300K, and then it is passed from the low pressure gas outlet (10b) of the support part (10) to the suction side of the compressor. After that, the same cycle is repeated and the refrigeration operation is performed.

そして、この実施例の場合、上記収容容器(19〉内の
冷却空161(20)は閉回路とされたJ −7回路(
8)の一部を構成し、該冷却空間(20)に超伝導量子
干渉計(21)が収容されていることから、該超伝導量
子干渉計(21)は、冷却空間(20)内で極低温レベ
ルに温度が降下した気液混合状態のヘリウムによって直
接的に冷却されることとなる。しかも、上記冷却空間(
20)は超伝導量子干渉計り21)の形状に略対応した
形状に形成されているので、たとえ該干渉計(21)が
縦長形状で、付属の磁場勾配計(21a)が樹脂等の熱
伝導率の低い材料でmmされていても、その干渉計(2
1)は全体的に均等に冷却されることとなる。それ故、
干渉計(21)の温度が局所的に不安定になることはな
く、干渉計(21)全体を安定して極低温レベルに冷却
することができる。
In the case of this embodiment, the cooling air 161 (20) in the storage container (19) is connected to the closed circuit J-7 circuit (
8), and the superconducting quantum interferometer (21) is accommodated in the cooling space (20). It will be directly cooled by helium in a gas-liquid state whose temperature has dropped to cryogenic levels. Moreover, the above cooling space (
20) is formed in a shape that roughly corresponds to the shape of the superconducting quantum interferometer 21), so even if the interferometer (21) is vertically long and the attached magnetic field gradiometer (21a) is Even if the interferometer (2 mm) is made of a material with a low
1) will be uniformly cooled throughout. Therefore,
The temperature of the interferometer (21) does not become locally unstable, and the entire interferometer (21) can be stably cooled to an extremely low temperature level.

その結果、干渉計(21)m度のふらつきが抑制され、
干渉計(21)の雑音を抑制することができる。
As a result, the interferometer (21) m degree fluctuation is suppressed,
Noise from the interferometer (21) can be suppressed.

また、こうして超伝導量子干渉計(21)を直接にかつ
全体的に冷却できるので、その温度を短時間で極低温レ
ベルに到達させて、その冷却完了までの時間を短縮する
ことができる。
Furthermore, since the superconducting quantum interferometer (21) can be directly and totally cooled in this way, its temperature can be brought to an extremely low temperature level in a short time, and the time required to complete cooling can be shortened.

さらに、超伝導量子干渉計(21)はJ −7回路(8
)の一部を構成する冷却空間(20)中に収容されるの
で、該干渉計(21)に対する冷却操作が容易となり、
冷却システムの操作性を向上できる。しかも、干渉計(
21)を閉回路中で直接的に冷却するので、干渉計(2
1)に対する冷却ロスが小さくなり、J −7回路(B
)における圧縮機の容量を小さ(保つことができる。
Furthermore, the superconducting quantum interferometer (21) is equipped with a J-7 circuit (8
), the cooling operation for the interferometer (21) is facilitated;
Improves the operability of the cooling system. Moreover, the interferometer (
Since the interferometer (21) is directly cooled in a closed circuit, the interferometer (2
The cooling loss for 1) is reduced, and the J-7 circuit (B
) The capacity of the compressor can be kept small.

また、上記予冷冷凍回路(2)における膨脹機(3)の
ヒートステーション(Q) 、  (7) 、J −7
回路(8)の熱交換器(11)〜(13)、J −T弁
(16)及び収容容a(19)が真空容器(り中に内装
されているので、それらは真空により常温部分から断熱
されることとなり、その分、超伝導量子干渉計(2【)
に対する冷却性を高めることができる。
In addition, the heat stations (Q), (7), J-7 of the expander (3) in the pre-cooling refrigeration circuit (2) are
Since the heat exchangers (11) to (13), J-T valve (16), and storage capacity a (19) of circuit (8) are housed in a vacuum container, they are separated from the normal temperature part by vacuum. It will be thermally insulated, and the superconducting quantum interferometer (2 [)
It is possible to improve the cooling performance for.

加えて、収容容器(19)内の超伝導量子干渉計(21
)は予冷冷凍回路(2)の膨脹機(3)から離れて配置
され、両者は配管(17)、 (+8)によってのみ連
結されているので、膨脹機(3)のシリンダ(5)内デ
ィスプレーサの往復動に伴って発生する振動は配管(1
7)、 (16)により吸収されて干渉計(21)に伝
達され難くなり、よって干渉計(21)を安定して作動
させることができる。
In addition, a superconducting quantum interferometer (21) inside the container (19)
) is located apart from the expander (3) of the pre-cooling refrigeration circuit (2), and the two are connected only by piping (17) and (+8), so the displacer in the cylinder (5) of the expander (3) The vibrations generated due to the reciprocating motion of the piping (1
7) and (16) and is less likely to be transmitted to the interferometer (21), thus making it possible to stably operate the interferometer (21).

また、J−T弁(16)でジュールトムソン膨脹したヘ
リウムは一部が液状となって冷却空間(20)に溜まる
ので、冷凍機を運転停止後に再始動させる場合における
クールダウン時間を短縮することができる。
In addition, some of the helium expanded by Joule-Thomson in the J-T valve (16) becomes liquid and accumulates in the cooling space (20), so the cool-down time when restarting the refrigerator after it has been stopped can be shortened. Can be done.

尚、上記実施例では、被冷却物を超伝導量子干渉計(2
1)としたが、これに限定されないのはいうまでもない
。
In the above embodiment, the object to be cooled is a superconducting quantum interferometer (2
1), but it goes without saying that it is not limited to this.

また、予冷冷凍回路(2)をG−Mサイクルの冷凍機で
構成したが、例えば改良ソルベーサイクル等、他のタイ
プの冷凍機を採用してもよい。
Moreover, although the pre-cooling refrigeration circuit (2) is configured with a GM cycle refrigerator, other types of refrigerators, such as an improved Solvay cycle, may be employed.

また、本発明は、上記実施例の如き2元回路を持つヘリ
ウム冷凍機のみならず、他のタイプの極低温冷凍機にも
適用できるのはいうまでもない。
Furthermore, it goes without saying that the present invention is applicable not only to the helium refrigerator having a binary circuit as in the above embodiment, but also to other types of cryogenic refrigerators.

(発明の効果) 以上の如く、本発明によると、冷媒ガスを圧縮する圧縮
手段と同ガスを膨脹させる膨脹手段とを閉回路に接続し
てなり、冷媒ガスの膨脹により寒冷を発生させて被冷却
物を冷却するようにした極低温冷凍機において、上記閉
回路の一部で膨脹機での膨脹により冷媒ガス温度が降下
する部分に、被冷却物の形状に対応した密閉状冷却空間
を形成し、この冷却空間に被冷却物を収容するようにし
たことにより、被冷却物を閉回路中の冷却空間で直接的
に冷却するので、その冷却操作が容易となり、冷却シス
テムの操作性を向上させることができる。また、被冷却
物は閉回路中の冷却空間内で冷却されるので、その被冷
却物を全体的に迅速に冷却でき、よって被冷却物の温度
の安定保持及び冷却完了時間の短縮化を図ることができ
る。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the compression means for compressing refrigerant gas and the expansion means for expanding the same gas are connected in a closed circuit, and cold is generated by the expansion of refrigerant gas. In a cryogenic refrigerator designed to cool objects to be cooled, a sealed cooling space corresponding to the shape of the object to be cooled is formed in a part of the closed circuit where the temperature of the refrigerant gas drops due to expansion in the expansion machine. However, by storing the object to be cooled in this cooling space, the object to be cooled is directly cooled in the cooling space in the closed circuit, making the cooling operation easier and improving the operability of the cooling system. can be done. In addition, since the object to be cooled is cooled in the cooling space in the closed circuit, the entire object to be cooled can be cooled quickly, thereby maintaining a stable temperature of the object and shortening the cooling completion time. be able to.

また、冷媒ガスをジュールトムソン膨脹させるJ−T弁
を有するJ−7回路と、該J −7回路の冷媒ガスを予
冷する予冷冷凍回路とを備えた2元回路の極低温冷凍機
に対し、上記J −T弁下流のJ −7回路に被冷却物
を収容する冷却空間を形成すると、J−T弁でのジュー
ルトムソン膨脹に伴う温度降下により気液混合状態とな
った冷媒により被冷却物が直接的に冷却され、上記の効
果を確実に得ることができる。
Furthermore, for a dual-circuit cryogenic refrigerator equipped with a J-7 circuit having a J-T valve for Joule-Thomson expansion of refrigerant gas, and a pre-cooling refrigeration circuit for pre-cooling the refrigerant gas in the J-7 circuit, When a cooling space for accommodating the object to be cooled is formed in the J-7 circuit downstream of the J-T valve, the object to be cooled is heated by the refrigerant, which has become a gas-liquid mixture due to the temperature drop accompanying the Joule-Thomson expansion at the J-T valve. is directly cooled, and the above effects can be reliably obtained.

さらに、上記被冷却物を磁場勾配計を持った超伝導量子
干渉計とすると、該超伝導量子干渉計は全体を極低温レ
ベルに安定して冷却保持されることとなり、超伝導量子
干渉計の温度のふらつきによる雑音の発生が低減されて
、著効な効果が得られる。
Furthermore, if the object to be cooled is a superconducting quantum interferometer with a magnetic field gradiometer, the entire superconducting quantum interferometer will be stably cooled and maintained at an extremely low temperature level, and the superconducting quantum interferometer will be Noise generation due to temperature fluctuations is reduced, resulting in a significant effect.

また、上記予冷冷凍回路のヒートステーション、J−7
回路のJ −T弁及び冷却空間を真空容器中に内装する
と、それらは真空により常温部分から断熱されるので、
被冷却物に対する冷却性を高めることができる。
In addition, the heat station of the pre-cooling refrigeration circuit, J-7
When the J-T valve and cooling space of the circuit are housed in a vacuum container, they are insulated from the normal temperature part by the vacuum, so
It is possible to improve the cooling performance for the object to be cooled.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

T41図は本発明の実施例に係るヘリウム冷凍機を模式
的に示す断面図である。 (1)・・・真空容器、(2)・・・予冷冷凍回路、(
3)・・・膨脹機、(6) 、  (7)・・・ヒート
ステーション、(8)・・・J−7回路、(14)、 
(15)・・・予冷器、(16)・・・J−T弁(膨脹
手段’) 、(19)・・・収容容器、(20)・・・
冷却空間、(21)・・・超伝導量子干渉計(被冷却物
)、(21a)・・・磁場勾配計。 特許出願人 ダイキン工業株式会社
Figure T41 is a sectional view schematically showing a helium refrigerator according to an embodiment of the present invention. (1)...Vacuum container, (2)...Pre-cooling refrigeration circuit, (
3)...Expansion machine, (6), (7)...Heat station, (8)...J-7 circuit, (14),
(15)...Precooler, (16)...J-T valve (expansion means'), (19)...Accommodation container, (20)...
Cooling space, (21)...Superconducting quantum interferometer (object to be cooled), (21a)...Magnetic field gradiometer. Patent applicant Daikin Industries, Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)冷媒ガスを圧縮する圧縮手段と、該圧縮手段によ
り圧縮された冷媒ガスを膨脹させる膨脹手段(16)と
が閉回路に接続され、上記膨脹手段(16)による冷媒
ガスの膨脹により該冷媒ガスの温度を極低温レベルに降
下させて寒冷を発生させ、被冷却物(21)を冷却する
ようにした極低温冷凍機において、上記閉回路の一部で
膨脹手段(16)により冷媒ガスが極低温レベルに温度
降下する部分には被冷却物(21)の形状に略対応した
形状の冷却空間(20)が形成されていて、該冷却空間
(20)に被冷却物(21)が収容されていることを特
徴とする極低温冷凍機。
(1) A compression means for compressing refrigerant gas and an expansion means (16) for expanding the refrigerant gas compressed by the compression means are connected in a closed circuit, and the refrigerant gas is expanded by the expansion means (16). In a cryogenic refrigerator that lowers the temperature of refrigerant gas to an extremely low temperature level to generate cold and cool an object to be cooled (21), the refrigerant gas is A cooling space (20) having a shape approximately corresponding to the shape of the object to be cooled (21) is formed in the part where the temperature drops to an extremely low temperature level, and the object to be cooled (21) is placed in the cooling space (20). A cryogenic refrigerator characterized by being housed.
(2)冷媒ガスを圧縮する圧縮機及び圧縮された冷媒ガ
スを膨脹させる膨脹機(3)が閉回路に接続されてなり
、上記膨脹機(3)には所定温度レベルに保持されるヒ
ートステーション(6)、(7)が形成され、上記圧縮
機で圧縮された冷媒ガスを膨脹機(3)で膨脹させて寒
冷を発生させるとともに、その寒冷により上記ヒートス
テーション(6)、(7)を冷却保持する予冷冷凍回路
(2)と、上記予冷冷凍回路(2)の圧縮機又は他の圧
縮機から供給された冷媒ガスを上記膨脹機(3)のヒー
トステーション(6)、(7)との間で熱交換して予冷
する予冷器(14)、(15)及び冷媒ガスをジュール
トムソン膨脹させるJ−T弁(16)を閉回路に接続し
てなり、圧縮機からの冷媒ガスを上記予冷器(14)、
(15)で予冷するとともに、該予冷された冷媒ガスを
上記J−T弁(16)でジュールトムソン膨脹させて気
液混合状態とし、その冷媒の蒸発潜熱により極低温レベ
ルの寒冷を発生させるJ−T回路(8)とを備え、上記
J−T弁(16)下流のJ−T回路(8)には被冷却物
(21)の形状に略対応した密閉状冷却空間(20)が
形成されていて、該冷却空間(20)に被冷却物(21
)が収容されていることを特徴とする極低温冷凍機。
(2) A compressor that compresses refrigerant gas and an expander (3) that expands the compressed refrigerant gas are connected in a closed circuit, and the expander (3) is equipped with a heat station that is maintained at a predetermined temperature level. (6) and (7) are formed, and the refrigerant gas compressed by the compressor is expanded in the expander (3) to generate cold, and the cold cools the heat stations (6) and (7). A pre-cooling refrigeration circuit (2) for cooling and holding, and a refrigerant gas supplied from the compressor of the pre-cooling refrigeration circuit (2) or another compressor to the heat stations (6) and (7) of the expander (3). A precooler (14), (15) for precooling the refrigerant gas by exchanging heat between the two and a J-T valve (16) for Joule-Thomson expansion of the refrigerant gas are connected in a closed circuit, and the refrigerant gas from the compressor is Precooler (14),
(15), and the pre-cooled refrigerant gas is Joule-Thomson expanded in the J-T valve (16) to form a gas-liquid mixture, and the latent heat of vaporization of the refrigerant generates cryogenic cooling. -T circuit (8), and a closed cooling space (20) approximately corresponding to the shape of the object to be cooled (21) is formed in the J-T circuit (8) downstream of the J-T valve (16). The object to be cooled (21) is placed in the cooling space (20).
) is housed in a cryogenic refrigerator.
(3)被冷却物(21)は、磁場勾配計(21a)を持
った超伝導量子干渉計(21)である請求項(1)又は
(2)記載の極低温冷凍機。
(3) The cryogenic refrigerator according to claim (1) or (2), wherein the object to be cooled (21) is a superconducting quantum interferometer (21) having a magnetic field gradiometer (21a).
(4)予冷冷凍回路(2)のヒートステーション(6)
、(7)、J−T回路(8)のJ−T弁(16)及び冷
却空間(20)は真空容器(1)中に内装されている請
求項(2)又は(3)記載の極低温冷凍機。
(4) Heat station (6) of pre-cooling refrigeration circuit (2)
, (7), the pole according to claim (2) or (3), wherein the J-T valve (16) and the cooling space (20) of the J-T circuit (8) are housed in the vacuum container (1). Low temperature refrigerator.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5575155A (en) * 1994-08-24 1996-11-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Cooling system
JP2013024554A (en) * 2011-07-21 2013-02-04 Coldedge Technologies Inc Cryogen-free cooling system for electron paramagnetic resonance spectrometer

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