蓄冷器、GM制冷機及脈沖管制冷機制造技術

本發明專利技術提供一種蓄冷工作氣體的寒冷的氦冷卻式蓄冷器，其特征在于，其沿著所述工作氣體流通的溫度梯度方向具有至少2個容納有作為蓄冷材料的氦氣的容納空間，第1容納空間配置在高溫側區域，該蓄冷器工作時，容納壓力為P1的蓄冷材料，第2容納空間配置在低溫側區域，該蓄冷器工作時，容納壓力為P2的蓄冷材料，壓力P1大于壓力P2，容納在所述第1容納空間中的蓄冷材料的壓力為P2時，與蓄冷材料的壓力為P1時相比，蓄冷材料的比熱減小，容納在所述第2容納空間中的蓄冷材料的壓力為P1時，與蓄冷材料的壓力為P2時相比，蓄冷材料的比熱減小。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種蓄冷器，尤其涉及一種能夠在蓄冷式制冷機中使用的蓄冷器。
技術介紹
吉福德-麥克馬洪式(GM)制冷機及脈沖管制冷機等蓄冷式制冷機能夠產生從100K左右的低溫至4K (開爾文)的超低溫的范圍的寒冷，能夠在超導磁鐵或檢測器等的冷卻、低溫泵等中使用。 例如，GM制冷機中，如由壓縮機壓縮的氦氣之類的工作氣體引導至蓄冷器，并由蓄冷器內的蓄冷材料進行預先冷卻。另外，工作氣體在膨脹室內產生相當于膨脹做功的寒冷之后，再次通過蓄冷器返回至壓縮機。此時，工作氣體為了緊接著被引導的工作氣體，冷卻蓄冷器內的蓄冷材料的同時通過蓄冷器。以該行程設為I循環，從而周期性產生寒冷。在這種蓄冷式制冷機中，需要產生溫度小于30K的超低溫時，作為如前述的蓄冷器的蓄冷材料使用HoCu2等磁性材料。并且，近年來，正在研究作為蓄冷器的蓄冷材料使用氦氣(這種蓄冷器也稱作氦冷卻式蓄冷器)。例如，專利文獻I中示出有作為蓄冷器的蓄冷材料使用內部填充有氦氣的多個熱傳導性氣囊的內容。圖I中示出各溫度的氦氣與HoCu2磁性材料的比熱的變化。如從該附圖可知，在約IOK左右的超低溫區間中，壓力為I. 5MPa左右的氦氣的比熱高于HoC U2磁性材料的比熱。因此，在這種溫度區間通過使用氦氣而代替HoCu2磁性材料，從而能夠更有效地進行熱交換。專利文獻專利文獻I :美國專利申請公開第2006/0201163號說明書在通常的氦冷卻式蓄冷器中作為蓄冷材料使用氦氣。然而，如從圖I可知，氦氣的比熱相對于溫度發生變化。例如，若將氦氣的壓力假設為I. 5MPa，則隨著氦氣的溫度遠離可獲得比熱的峰值的約9K附近，氦氣的比熱下降。其意味當氦氣的溫度脫離預定范圍時，蓄冷器的蓄冷性能較大幅度下降。因此，要求不易受到蓄冷材料的比熱的溫度變化的影響，且能夠始終維持穩定的蓄冷性能的氦冷卻式蓄冷器。
技術實現思路
本專利技術是鑒于上述背景而完成的，本專利技術的目的在于提供一種與以往的氦冷卻式蓄冷器相比，能夠更穩定地維持蓄冷性能的氦冷卻式蓄冷器。另一目的在于提供一種具有這種蓄冷器的制冷機。本專利技術提供一種氦冷卻式蓄冷器，其蓄冷工作氣體的寒冷，其特征在于，沿著所述工作氣體流通的溫度梯度方向具有至少2個容納有作為蓄冷材料的氦氣的容納空間，第I容納空間配置在高溫側區域，該蓄冷器工作時，容納壓力為Pl的蓄冷材料，第2容納空間配置在低溫側區域，該蓄冷器工作時，容納壓力為P2的蓄冷材料，壓力Pl大于壓力P2，容納在所述第I容納空間中的蓄冷材料的壓力為P2時，與蓄冷材料的壓力為Pl時相比，蓄冷材料的比熱減小，容納在所述第2容納空間中的蓄冷材料的壓力為Pl時，與蓄冷材料的壓力為P2時相比，蓄冷材料的比熱減小。在此，在基于本專利技術的蓄冷器中，可以為如下，該蓄冷器工作時，所述第I容納空間在溫度Ta 溫度Tb (Ta < Tb)的范圍內，該蓄冷器工作時，所述第2容納空間在溫度Tc 溫度Td (Tc < Td)的范圍內， 在溫度Td 溫度Ta的范圍內，所述蓄冷材料的壓力為Pl時的比熱的溫度變化曲線與所述蓄冷材料的壓力為P2時的比熱的溫度變化曲線交叉。另外，在基于本專利技術的蓄冷器中，可以滿足溫度Td =溫度Ta。另外，基于本專利技術的蓄冷器可以為如下，進一步具有容納作為蓄冷材料的氦氣的第3容納空間，該第3容納空間配置在所述第I容納空間與所述第2容納空間之間的溫度區域，容納壓力為P3的所述蓄冷材料，壓力P3小于壓力Pl且大于壓力P2,容納在所述第3容納空間的蓄冷材料的壓力為Pl或P2時，與蓄冷材料的壓力為P3時相比，蓄冷材料的比熱減小。并且，在基于本專利技術的蓄冷器中，可以為如下，該蓄冷器工作時，所述第I容納空間在溫度Ta 溫度Tb (Ta < Tb)的范圍內，該蓄冷器工作時，所述第2容納空間在溫度Tc 溫度Td (Tc < Td)的范圍內，該蓄冷器工作時，所述第3容納空間在溫度Te 溫度Tf (TE < Tf)的范圍內，在溫度Te 溫度Tf的范圍內，所述蓄冷材料的壓力為Pl時的比熱的溫度變化曲線與所述蓄冷材料的壓力為P2時的比熱的溫度變化曲線交叉。并且，基于本專利技術的蓄冷器中，可以為如下，在溫度Tf 溫度Ta的范圍內，所述蓄冷材料的壓力為Pl時的比熱的溫度變化曲線與所述蓄冷材料的壓力為P3時的比熱的溫度變化曲線交叉。并且，基于本專利技術的蓄冷器中，可以為如下，在溫度Td 溫度TeW范圍內，所述蓄冷材料的壓力為P2時的比熱的溫度變化曲線與所述蓄冷材料的壓力為P3時的比熱的溫度變化曲線交叉。并且，在基于本專利技術的蓄冷器中，可以滿足溫度Te =溫度Td和/或溫度Ta =溫度Tf。并且，在基于本專利技術的蓄冷器中，可以為如下，所述第I容納空間配置在6K以上的溫度區域，和/或所述第2容納空間配置在IOK以下的溫度區域。并且，在基于本專利技術的蓄冷器中，可以為如下，所述壓力Pl為O. SMPa以上且3. 5MPa 以下，所述壓力P2為0. IMPa以上且2. 2MPa以下。并且，在基于本專利技術的蓄冷器中，所述第I容納空間和/或所述第2容納空間可以容納內部填充有氦氣的多個氣囊。或者，在基于本專利技術的蓄 冷器中，所述第I容納空間和/或所述第2容納空間可以形成在多個空心管的內部或者外部。并且，在基于本專利技術的蓄冷器中，可以為如下，所述第I容納空間連接于第I氦源，和/或所述第2容納空間連接于第2氦源。并且，本專利技術提供一種GM式制冷機，其具備經蓄冷器將工作氣體供給于膨脹室，并經所述蓄冷器將所述工作氣體從膨脹室排出的壓縮機，其特征在于，所述蓄冷器為上述中的任一個蓄冷器。并且，本專利技術提供一種GM式制冷機，其具備經蓄冷器將工作氣體供給于膨脹室，并經所述蓄冷器將所述工作氣體從膨脹室排出的壓縮機，其特征在于，所述蓄冷器為具有上述特征的蓄冷器，所述第I容納空間連接于第I氦源，和/或所述第2容納空間連接于第2氦源，所述第I氦源和/或第2氦源為所述壓縮機。另外，本專利技術提供一種脈沖管制冷機，其具備經蓄冷管將工作氣體供給于脈沖管，并經所述蓄冷管將所述工作氣體從脈沖管排出的壓縮機，其特征在于，所述蓄冷管具有蓄冷器，該蓄冷器為上述中的任一個蓄冷器。并且，本專利技術提供一種脈沖管制冷機，其具備經蓄冷管將工作氣體供給于脈沖管并經所述蓄冷管將所述工作氣體從脈沖管排出的壓縮機及連接于所述脈沖管的緩沖罐，其特征在于，所述蓄冷器為具有上述特征的蓄冷器，所述第I容納空間連接于第I氦源，和/或所述第2容納空間連接于第2氦源，所述第I氦源為所述壓縮機或所述緩沖罐，和/或所述第2氦源為所述壓縮機或所述緩沖罐。專利技術效果本專利技術能夠提供一種與以往的氦冷卻式蓄冷器相比，能夠更穩定地維持蓄冷性能的氦冷卻式蓄冷器。并且，能夠提供一種具有這種蓄冷器的制冷機。附圖說明圖I是表示氦氣和HoCu2磁性材料的比熱在各溫度下的變化的圖表。圖2是概略表示一般GM制冷機的結構的圖。圖3是概略表示以往的氦冷卻式蓄冷器的一例的圖。圖4是一并表示各溫度下的各壓力的氦氣的比熱變化與HoCu2磁性材料的比熱的變化的圖表。圖5是概略表不基于本專利技術的氦冷卻式蓄冷器的一例的截面圖。圖6是用于說明在基于本專利技術的蓄冷器中確定蓄冷材料的壓力時的概念的圖。 圖7是用于說明在基于本專利技術的蓄冷器中確定蓄冷材料的壓力時的概念的圖。圖8是用本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許名堯，
申請(專利權)人：住友重機械工業株式會社，
類型：發明
國別省市：