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公開番号2025058510
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023168492
出願日2023-09-28
発明の名称極低温冷凍機
出願人住友重機械工業株式会社
代理人個人,個人
主分類F25B 9/00 20060101AFI20250402BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】セラミックス系磁性蓄冷材を内蔵した極低温冷凍機の性能低下を抑制する。
【解決手段】極低温冷凍機10は、第1熱伝導率を有し、軸方向に延在する第2シリンダ16bと、第1熱伝導率よりも高い第2熱伝導率を有し、ステージ末端部35aと、ステージ末端部35aを第2シリンダ16bに軸方向に接続するステージ筒部35bとを備える第2冷却ステージ35と、第2シリンダ16b内で軸方向に往復動可能であり、ステージ末端部35aとの間に第2膨張室34を形成し、上死点にて第2膨張室34が最大容積をとる第2ディスプレーサ18bと、第2ディスプレーサ18bに収容され、第2ディスプレーサ18bが上死点にあるときステージ筒部35bと軸方向に重なるように第2ディスプレーサ18b内での軸方向位置が定められているセラミックス系磁性蓄冷材28cと、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１熱伝導率を有し、軸方向に延在するシリンダと、
前記第１熱伝導率よりも高い第２熱伝導率を有する冷却ステージであって、ステージ末端部と、前記ステージ末端部を前記シリンダに前記軸方向に接続するステージ筒部とを備える冷却ステージと、
前記シリンダ内で前記軸方向に往復動可能であり、前記ステージ末端部との間に膨張空間を形成し、上死点にて前記膨張空間が最大容積をとるディスプレーサと、
前記ディスプレーサに収容されたセラミックス系磁性蓄冷材であって、前記ディスプレーサが前記上死点にあるとき前記ステージ筒部と前記軸方向に重なるように前記ディスプレーサ内での軸方向位置が定められているセラミックス系磁性蓄冷材と、を備えることを特徴とする極低温冷凍機。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記ディスプレーサに収容された金属系磁性蓄冷材であって、前記ディスプレーサが前記上死点にあるとき前記ステージ筒部と前記軸方向に重ならないように前記ディスプレーサ内での軸方向位置が定められている金属系磁性蓄冷材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記ディスプレーサは、前記膨張空間を挟んで前記ステージ末端部に対向するディスプレーサキャップを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記ディスプレーサキャップは、前記冷却ステージに比べて電気抵抗率の大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記ディスプレーサキャップは、セラミックス系磁性蓄冷材で形成された蓄冷体を備えることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷凍機。
【請求項６】
前記蓄冷体は、前記膨張空間に露出されていることを特徴とする請求項５に記載の極低温冷凍機。
【請求項７】
前記セラミックス系磁性蓄冷材は、前記ディスプレーサ内で前記ディスプレーサキャップに前記軸方向に隣接して配置され、
前記ディスプレーサ内での前記セラミックス系磁性蓄冷材の軸方向位置は、前記軸方向における前記ディスプレーサの往復動のストローク長をＳ、前記ディスプレーサキャップの軸方向高さをＨｃ、前記ディスプレーサキャップから前記セラミックス系磁性蓄冷材の上端までの軸方向高さをＨｓとするとき、Ｈｓ＞Ｓ－Ｈｃを満たすように定められていることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷凍機。
【請求項８】
前記ディスプレーサ内での前記セラミックス系磁性蓄冷材の軸方向位置は、Ｈｓ＞（３／４）Ｓ－Ｈｃを満たすように定められていることを特徴とする請求項７に記載の極低温冷凍機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温冷凍機に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
一般に、約１０Ｋ以下（例えば約４．２Ｋの液体ヘリウム温度）の極低温への冷却を提供する極低温冷凍機には、磁気相転移に伴う大きな比熱のピークをこの温度域に有する磁性蓄冷材を備えた蓄冷器が搭載されている。磁性蓄冷材は、こうした極低温での極低温冷凍機の冷凍能力の向上に役立っている。磁性蓄冷材には大きく二種類あり、ＨｏＣｕ
２
などの金属系磁性蓄冷材と、Ｇｄ
２
Ｏ
２
Ｓ（ＧＯＳとも呼ばれる）などのセラミックス系磁性蓄冷材が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－１８３９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機のように、蓄冷材を内蔵したディスプレーサが軸方向に移動する極低温冷凍機では、ディスプレーサの軸方向移動に伴って、蓄冷材の温度が、冷凍機自身に生じている軸方向温度分布に影響されてわずかに変動しうる。ＧＯＳをはじめとして多くのセラミックス系磁性蓄冷材では、比熱が温度にかなり敏感であり、つまり比熱のピークが非常にシャープである。そのため、セラミックス系磁性蓄冷材における温度変動は、たとえそれがわずかであっても、比熱の顕著な変動、例えば大幅な低下につながりうる。これにより、セラミックス系磁性蓄冷材の蓄冷性能、ひいては極低温冷凍機の性能に影響が生じるかもしれない。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、セラミックス系磁性蓄冷材を内蔵した極低温冷凍機の性能低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、極低温冷凍機は、第１熱伝導率を有し、軸方向に延在するシリンダと、第１熱伝導率よりも高い第２熱伝導率を有する冷却ステージであって、ステージ末端部と、ステージ末端部をシリンダに軸方向に接続するステージ筒部とを備える冷却ステージと、シリンダ内で軸方向に往復動可能であり、ステージ末端部との間に膨張空間を形成し、上死点にて膨張空間が最大容積をとるディスプレーサと、ディスプレーサに収容されたセラミックス系磁性蓄冷材であって、ディスプレーサが上死点にあるときステージ筒部と軸方向に重なるようにディスプレーサ内での軸方向位置が定められているセラミックス系磁性蓄冷材と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、セラミックス系磁性蓄冷材を内蔵した極低温冷凍機の性能低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。
実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。
代表的な磁性蓄冷材の比熱の温度変化を示す図である。
比較例に係る極低温冷凍機の一部を概略的に示す図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施の形態に係り、ディスプレーサ組立体の軸方向往復動を概略的に示す図である。
実施の形態に係り、ディスプレーサキャップの一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１０】
図１および図２は、実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。極低温冷凍機１０は、一例として、二段式のギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機である。図１には、極低温冷凍機１０の外観を示し、図２には、極低温冷凍機１０の内部構造を示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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