[发明专利]脉冲管制冷机及应用此制冷机的低温泵

说明书

技术领域

本发明与可靠性高的脉冲管制冷机及应用此制冷机的低温泵相关，该脉冲管制冷机可不需使用如加热器等附加机构，而可维持脉冲管制冷机的冷却温度。

背景技术

一般而言，低温泵通过将气体分子吸附于安装于制冷机冷端部(cold head)的吸附面板，而达到高真空的效果。而在此低温泵中，在将气体分子吸附于吸附面板时，必须将吸附面板的冷却温度维持于一定范围。

例如，于水分专用的低温泵中，吸附面板3(参考图1)的冷却温度必须维持于约110K的范围。图1为水分专用低温泵的概略构造。图中，1为GM制冷机，2为冷端部，3为安装于冷端部2的吸附面板，4为在使用状态下成为真空的空间，5为安装边。

目前，低温泵的冷却主要是使用以氦气(单质气体)作为工作气体的GM制冷机，然而一般运转时，吸附面板3的温度过度下降至110K以下(有时下降至30～40K)，使得偏离原本仅结冰除去水分的目的，而使其他气体成分亦结冰。因此，在水分专用低温泵中，为了维持温度，将加热器及温度计(皆无图示)装于冷端部2上，通过调节加热器的温度，而维持吸附面板3的温度。

然而，于如此构造中，因为加热器的配线由真空空间4伸出至大气中，故密封施工复杂，且泄漏危险性高。又，为了跟随热负荷量的变化(例如，当吸附面板3附着过多水分或真空度下降，而使吸附面板3的温度上升，必须调节加热器的温度)，必须具备温度控制器，故机构变复杂，且价格升高。

又，在特开平6～73542号公报中，揭示一种吸附面板3的温度控制机构，其设有：热交换器；将此热交换器连结于吸附面板3的连结部；将氦气等冷却媒体输送至该热交换器的输送机构；及该冷却媒体的流量调节机构等。然而，于如此构造中，机构变复杂，且价格升高。

有鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种脉冲管制冷机及应用此制冷机的低温泵，该脉冲管制冷机不需使用加热器等，而可维持冷却温度。

发明内容

本发明的第1要点为提供一种脉冲管制冷机，其可使用液化温度在脉冲管制冷机的使用温度范围内的气体，作为工作气体，而本发明的第2要点为提供一种可应用此制冷机的低温泵。

亦即，本发明的脉冲管制冷机，其使用液化温度在脉冲管制冷机的使用温度范围内的气体，作为工作气体。因此，脉冲管制冷机在运转中，工作气体在不低于其液化温度的脉冲管制冷机的使用温度范围，且于该使用温度范围内略维持一定。如此，当工作气体冷却至该液化温度，即使有来自外部的热负荷，冷端部的温度几乎不会改变。但是，若由于来自外部的热负荷，而使热侵入量增加时，因冷端部的温度急剧上升，故必须将即使有来自外部的热负荷，冷端部的温度亦几乎不会改变的温度范围，设为工作气体的设定温度。又，此温度范围，可通过使用多种气体的混合气体作为工作气体，而可做某种程度的调节。

更进一步而言，当使用高液化温度的氦以外的气体(如氮气等)作为工作气体的脉冲管制冷机运转时，工作气体于脉冲管制冷机的低温侧液化。然而，因为在脉冲管制冷机中，工作气体会产生压缩、膨胀或移动(低温侧←→高温侧)，液化的工作气体会超过沸点以上部分，或因为减压时的膨胀，而使沸点下降。因此，液化的动作气体无法固化而再次气化。如此，因为工作气体在1循环中，重复液化及气化，故动作气体不会阻塞通路，而于作为脉冲管制冷机而工作时，脉冲管制冷机的冷端部的温度，可维持为工作气体的液化温度(＝沸点)附近的温度。又，当冷端部的热负荷增加(或减少)时，虽然于1循环中所液化的量减少(或增加)，然而冷端部的温度仍维持为工作气体的液化温度附近。即使热侵入量增加，在动作气体液化期间，冷端部的温度仍维持为工作气体的液化温度附近(参考图2)。

如上所述，本发明的脉冲管制冷机，因不必如现有技术般使用加热器等调节温度，而自动地维持冷却温度，故不需使用加热器等电气能源，可减少能源消耗。而且，因为不需加热器的控制机构，故装置单纯，可减少故障频度，并且降低装置价格。此外，因无至真空空间的配线，故不需进行密封施工，且亦无真空泄漏的危险。又，本发明的低温泵，因为应用上述的脉冲管制冷机，故可达到如上所述的优良效果。

本发明的工作气体，系使用氮气、氩等各种单质气体。此外，亦可使用在这些单质气体中混合氦气等所成的混合气体或空气。又，当确定脉冲管制冷机的使用温度范围时，可以在此使用温度范围内的液化温度为基础，选择单质气体的种类、或调整混合比的混合气体。

附图简述

图1为本发明的低温泵的剖面图。

图2为对冷端部的热负荷及冷端部温度关系的示意图。

实施发明的最佳形式