JPH0285653A - 極低温冷凍機 - Google Patents

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

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。

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。

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）。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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。
4. （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。