JPH0728531Y2 - 極低温冷凍機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、例えば、極低温下で各種物性を測定するよう
な場合に使用する極低温冷凍機に関する。

（従来の技術） 従来、この種極低温冷凍機として、予冷冷凍回路とジュ
ールトムソン回路とを備え、前記ジュールトムソン回路
に流通されるヘリウムなどの冷媒を冷却して、極低温を
得るようにしたものは、例えば特開昭61−235650号公報
において、既に知られている。

しかして、以上の極低温冷凍機は、例えば第３図に示し
たごとく、絶対温度4K程度の極低温を得る最終ヒートス
テーション（Ｓ）に、予冷冷凍回路で冷却されジュール
トムソン回路で膨張された後のヘリウムなどの低圧冷媒
が流通される冷却配管（Ｂ）を巻装すると共に、前記最
終ヒートステーション（Ｓ）にヘリウムなどの冷媒が充
填される容器（Ｃ）を取付け、該容器（Ｃ）を前記冷却
配管（Ｂ）で冷却するようになす一方、前記容器（Ｃ）
内に各種試料などの被冷却体（Ｄ）を収容し、この被冷
却体（Ｄ）を前記容器（Ｃ）内の冷媒で極低温にまで冷
却して、前記被冷却体（Ｄ）の各種物性を測定するよう
にしている。

（考案が解決しようとする課題） 所で、以上の極低温冷凍機では、前記冷却配管（Ｂ）が
前記最終ヒートステーション（Ｓ）における前記容器
（Ｃ）の外部側に設けられ、該容器（Ｃ）を介して前記
被冷却体（Ｄ）の配設される内部雰囲気を間接的に冷却
するようにしているため、この容器（Ｃ）内の温度分布
が不均一となり、前記被冷却体（Ｄ）の冷却効果が十分
に得られない問題があった。

本考案は以上のような問題に鑑みてなしたもので、その
目的は、前記容器内の温度分布を均一にでき、しかも、
前記容器に収容して冷却する被冷却体の冷却効果を充分
に高めることができ、その上、冷却開始時において、被
冷却体を収容する容器内部の冷却を早めることができる
極低温冷凍機を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本考案は、予冷コイルをも
つジュールトムソン回路（１）と、前記予冷コイルを流
れる冷媒を冷却するヒートステーションをもつ膨張機
（2D）を備えた予冷冷凍回路（２）とを設けた極低温冷
凍機において、前記膨張機（2D）の最終ヒートステーシ
ョン（4a）に、被冷却体を収容する容器（６）を取付け
ると共に、この容器（６）の内部に、ジュールトムソン
回路（１）で膨張したヘリウムなどの低圧冷媒が流れる
冷却配管（３）を配設し、前記容器（６）を、前記膨張
機（2D）の最終ヒートステーション（4a）で冷却し、前
記容器（６）内に配設する前記冷却配管（３）で前記容
器（６）に収容する被冷却体を冷却していることを特徴
とするものである。

また、前記冷却配管（３）の外周部には、フィン（3a）
を設けてもよい。

更に、前記容器（６）には、該容器（６）の内部に臨む
試料取付部（７）をもつ蓋体（８）を着脱自由に取付け
ることも可能である。

（作用） 以上の極低温冷凍機では、前記冷却配管（３）が前記容
器（６）内に配設されていることから、該容器（６）内
の温度分布が均一化され、また、前記膨張機（2D）の最
終ヒートステーション（4a）で前記容器（６）自体を冷
却するのであって、これにより前記冷却配管（３）によ
る前記容器（６）内部の冷却がバックアップされ、前記
容器（６）に収容する被冷却体の冷却効果を高められる
のである。

また、前記冷却配管（３）の外周部に、フィン（3a）を
設けるときには、冷却効率が高められ、前記容器（６）
内の温度分布がさらに均一化される。

更に、前記容器（６）に、該容器（６）内に臨む試料取
付部（７）をもつ蓋体（８）を着脱自由に取付けるとき
には、前記極低温冷凍機の汎用性を高めることができ
る。

（実施例） 第２図に示した極低温冷凍機は、圧縮機ユニット（1A）
と、３段のジュールトムソン熱交換器（1B,1C,1D）、２
段の予冷コイル（1E,1F）及びジュールトムソン弁（1
G）をもつジュールトムソン回路（１）と、圧縮機ユニ
ット（2A）と、前記予冷コイル（1E,1F）に流通するヘ
リウム等の冷媒を冷却する２段のヒートステーション
（2B,2C）を備える膨張機（2D）をもつ予冷冷凍回路
（２）を備えたものである。

そして、前記膨張機（2D）における下段側ヒートステー
ション（2c）に、断熱筒（４）を介して最終ヒートステ
ーション（4a）を設け、該最終ヒートステーション（4
a）に、試料などの被冷却体（５）を収容する容器
（６）を取付け、この容器（６）内に前記ジュールトム
ソン弁（1G）で膨張した後の低圧ヘリウムガスを流通さ
せる冷却配管（３）を配設し、前記容器（６）を、前記
膨張機（2D）の最終ヒートステーション（4a）で冷却
し、前記容器（６）内に配設する前記冷却配管（３）で
前記容器（６）に収容する前記被冷却体（５）を極低温
にまで冷却するようにしている。

尚、第２図中（1H,1I,1J）は、ヘリウム等の冷媒中に混
入する不純物を除去する吸着器、（1K）は内部を真空に
保持する真空容器、（1L）は輻射シールドである。

具体的には、前記ジュールトムソン弁（1G）に接続され
る冷却配管（３）の入口側を、前記最終ヒートステーシ
ョン（4a）に一部巻付け、その先端側の大部分を前記容
器（６）内に挿入させて、複数回螺旋状に巻装し、この
巻装後端の出口が前記容器（６）から取出して、最下段
側のジュールトムソン熱交換器（1D）の低圧流入部
（２）に接続されるのである。

以上のように構成した極低温冷凍機によれば、被冷却体
を冷却する容器（６）を、前記膨張機（2D）に設ける最
終ヒートステーション（4a）に取付けたから、この容器
（６）に熱負荷があっても、前記最終ヒートステーショ
ン（4a）による冷却で吸収でき、従って、この容器
（６）自体の冷却で、前記した冷却配管（３）による容
器（６）内での被冷却体（５）の冷却をバックアップで
き、この結果、被冷却体（５）の冷却効果を高めること
ができるし、また、冷却開始時において、前記容器
（６）内部の冷却を早めて、前記容器（６）内部を極低
温にまで冷却するのに要する時間を短縮することもでき
るのである。

それでいて、この容器（６）の内部に冷却配管（３）を
配設して、この冷却配管（３）で前記容器（６）に収容
する被冷却体（５）を冷却するようにしたから、被冷却
体（５）を前記冷却配管（３）により直接的に冷却でき
ると共に、前記容器（６）内の温度分布を均一化できる
のである。

従って、前記被冷却体（５）をむらなく冷却できなが
ら、前記ヒートステーション（4a）による容器（６）の
冷却と相俟って被冷却体（５）の冷却効果を高めること
ができるのである。

また、前記容器（６）内に配設される前記冷却配管
（３）には、その外周全体に螺旋方向に延びるフィン
（3a）を一体に取付け、その冷却効率を高めるようにし
ている。

更に、同図の実施例では、前記容器（６）の下方端部を
開放して、この開放端部に外方に向けて延びる鍔部（6
a）を一体に形成すると共に、上部側に前記被冷却体
（５）の取付部（７）を一体に設けた蓋体（８）を形成
して、この蓋体（８）を前記容器（６）の開放端部に当
てがって、前記蓋体（８）の外周部位と前記鍔部（6a）
との間を、複数の固定ボルト（９）で着脱自由に固定す
ることにより、前記取付部（７）に取付けられた被冷却
体（８）を前記冷却配管（３）の内部に突入させ、斯か
る状態で、前記被冷却体（５）を前記冷却配管（３）で
極低温にまで冷却するようにしている。

前記蓋体（８）の下部側には、コネクター（10）を取付
け、該コネクター（10）に設けるリード線（10a）で前
記被冷却体（８）の極低温状態下での各種データを外部
に取出すようにしている。

また、以上のように、前記容器（６）の開放端部側に蓋
体（８）を着脱自由に取付ける場合は、多目的な用途に
対応できるのである。

尚、第１図中、（13）は前記容器（６）の内部にヘリウ
ムなど冷媒を供給するための供給管である。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案にかかる極低温冷凍機で
は、被冷却体を冷却する容器（６）を、前記膨張機（2
D）に設ける最終ヒートステーション（4a）に取付けた
から、この容器（６）に熱負荷があっても、前記最終ヒ
ートステーション（4a）による冷却で吸収でき、従っ
て、この容器（６）自体の冷却で、前記した冷却配管
（３）による容器（６）内での被冷却体（５）の冷却を
バックアップでき、この結果、被冷却体（５）の冷却効
果を高めることができるし、また、冷却開始時におい
て、前記容器（６）内部の冷却を早めて、前記容器
（６）内部を極低温にまで冷却するのに要する時間を短
縮することもできるのである。

それでいて、この容器（６）の内部に冷却配管（３）を
配設して、この冷却配管（３）で前記容器（６）に収容
する被冷却体（５）を冷却するようにしたから、被冷却
体（５）を前記冷却配管（３）により直接的に冷却でき
ると共に、前記容器（６）内の温度分布を均一化できる
のである。

従って、前記被冷却体（５）をむらなく冷却できなが
ら、前記ヒートステーション（4a）による容器（６）の
冷却と相俟って被冷却体（５）の冷却効果を高めること
ができるのである。

また、前記冷却配管（３）の外周部に、フィン（3a）を
設けるときには、このフィン（3a）で冷却効率を一層高
めることができて、前記容器（６）内の温度分布をさら
に均一化できるのである。

更に、前記容器（６）に、該容器（６）内に臨む試料取
付部（７）をもつ蓋体（８）を着脱自由に取付るときに
は、前記極低温冷凍機の凡用性を高め得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる極低温冷凍機の要部を示す断面
図、第２図は冷凍機の概要を示す冷媒配管系統図、第３
図は従来例を示す断面図である。 （１）……ジュールトムソン回路 （２）……予冷冷凍回路 （2D）……膨張機 （３）……冷却配管 （3a）……冷却配管 （3a）……フィン （4a）……最終ヒートステーション （５）……被冷却体 （６）……容器 （７）……取付部 （８）……蓋体

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】予冷コイルをもつジュールトムソン回路
   （１）と、前記予冷コイルを流れる冷媒を冷却するヒー
   トステーションをもつ膨張機（2D）を備えた予冷冷凍回
   路（２）とを設けた極低温冷凍機において、前記膨張機
   （2D）の最終ヒートステーション（4a）に、被冷却体を
   収容する容器（６）を取付けると共に、この容器（６）
   の内部に、ジュールトムソン回路（１）で膨張したヘリ
   ウムなどの低圧冷媒が流れる冷却配管（３）を配設し、
   前記容器（６）を、前記膨張機（2D）の最終ヒートステ
   ーション（4a）で冷却し、前記容器（６）内に配設する
   前記冷却配管（３）で前記容器（６）に収容する被冷却
   体を冷却していることを特徴とする極低温冷凍機。
2. 【請求項２】冷却配管（３）の外周部にフィン（3a）を
   備える請求項１記載の極低温冷凍機。
3. 【請求項３】容器（６）に、該容器（６）の内部に臨む
   試料取付部（７）をもつ蓋体（８）を着脱自由に取付け
   ている請求項１又は請求項２記載の極低温冷凍機。