制冷机安装结构

摘要

本发明提供一种制冷机安装结构，其能够控制形成于套筒与缸体之间的空间部内的压力急剧上升。一种制冷机安装结构，对容纳被冷却物的真空容器安装具有缸体（C1、C2）和置换器（D1、D2）的制冷机（R），并且在维护时能够从缸体（C1、C2）拆卸置换器（D1、D2），其中构成为以与真空容器的真空区域隔绝的状态设置容纳缸体（C1、C2）的套筒（2），且在该套筒（2）内缸体能够在与所述套筒热连接的位置和解除热连接的位置之间移动，并且设置安全阀(50)，当形成于套筒（2）与缸体（C1、C2）之间的空间部（60）内的压力达到既定压力以上时，该安全阀排出空间部（60）内的气体。

权利要求

1.一种制冷机安装结构，对容纳被冷却物的真空容器安装具有缸体和置换器的制冷机，并且在维护时从所述缸体拆卸所述置换器，其特征在于，该制冷机安装结构构成为，在以与所述真空容器的真空区域隔绝的状态容纳所述缸体的套筒内，能够使所述缸体在与所述套筒热性连接的位置和解除所述热性连接的位置之间移动，并且设置排出机构，当形成于所述套筒与所述缸体之间的空间部内的压力达到既定压力以上时，该排出机构排出所述空间部内的气体，所述排出机构具有：

第1凸缘部，固定于测定端口；

第2凸缘部，构成为能够相对于该第1凸缘部移动，通过紧贴于所述第1凸缘部来闭塞所述测定端口，且通过远离所述第1凸缘部来开放所述测定端口；以及弹簧，通过弹性加力使所述第2凸缘部紧贴于所述第1凸缘部，所述弹簧构成为，当所述测定端口内的压力达到所述既定压力以上时，使所述第2凸缘部远离所述第1凸缘部。

2.如权利要求1所述的制冷机安装结构，其特征在于，将所述排出机构设置于测定端口，该测定端口设置于所述制冷机并使所述空间部与外部空间连通，并且在内部配设有测定配线。

3.如权利要求1或2所述的制冷机安装结构，其特征在于，将所述排出机构设置于与真空端口不同的位置，该真空端口设置于所述真空容器并为了对所述空间部进行减压而连接于该空间部。

4.如权利要求1或2所述的制冷机安装结构，其特征在于，所述排出机构是当达到所述既定压力以上时进行开阀的安全阀。

说明书

制冷机安装结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制冷机安装结构，尤其涉及在设置于真空容器内的套筒内容纳制冷机的制冷机安装结构。

背景技术

[0002] 例如，作为超导磁铁装置等的低温恒温器（超低温真空容器）的冷却机构广泛使用吉福德麦克马洪制冷机（以下，称为GM制冷机）。当长时间使用该GM制冷机时需进行维护。

[0003] 此时，使超导磁铁装置等的整个装置停止而进行维护的方法中，需使整个装置回到常温，且该处理需1天～6天。在这段期间，装置以停止的状态处于闲置状态，所以装置的运转效率因维护明显降低。

[0004] 并且，已提出以将GM制冷机的缸体固定于真空容器的状态拔出置换器的方法。但是此方法中，由于缸体暴露于大气中，且缸体通过真空容器而持续冷却，所以空气中的水分成为结冰膜而附着于缸体内表面。因此，不能将置换器再次插入缸体内，结果，无法进行维护工作。

[0005] 因此，作为进行超导磁铁装置等装置维持运转状态，并且能够抑制结冰膜附着于缸体内表面的维护的方法，提出有通过在真空容器内形成套筒而形成与真空容器内的真空区域隔绝的空间部，并在该空间部配设GM制冷机的缸体的技术（专利文献1）。

[0006] 该结构中，若GM制冷机安装于套筒内，则GM制冷机的冷却台经套筒与真空容器内的被冷却物热连接。并且，在套筒与GM制冷机的凸缘之间形成空间部，该空间部设为真空。另外，构成为在套筒与缸体之间设置密封部件（Ｏ型环）并保持上述空间部的真空度。

[0007] 上述结构中进行维护时，首先使缸体相对于套筒远离若干量（数mm），并解除缸体与套筒的热性连接。但是，即使使缸体相对于套筒移动，也维持由Ｏ型环进行的密封，因此维持形成于套筒与缸体之间的空间部的真空。

[0008] 这样，由于在套筒与缸体之间存在真空性空间部，并且套筒与缸体为热性分离的状态，因此真空容器的低温不会导热至缸体内，并且热也不会从缸体侵入真空容器内。因此，在缸体内不会附着进行维护作业时成为问题的结冰膜就能够轻松且在短时间内进行对于缸体的置换器的更换工作。

[0009] 专利文献1：日本特开2004-053068号公报

[0010] 专利文献1中公开的制冷机的安装结构中，通过维护时远离超低温的真空容器而使缸体升温。此时，空气和水分泄漏到形成于套筒与缸体之间的空间部时，冷却时冻结的空气和水分因升温急剧气化、膨胀。因此，有如下问题点：形成于套筒与缸体之间的空间部内的压力急剧上升，因此存在损坏套筒和缸体的顾虑。

发明内容

[0011] 本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够控制形成于套筒与缸体之间的空间部内的压力急剧上升的制冷机安装结构。

[0012] 上述课题能够从第1观点解决如下问题：

[0013] 一种制冷机安装结构，其对容纳被冷却物的真空容器安装具有缸体和置换器的制冷机，并且在维护时从所述缸体拆卸所述置换器，其特征在于，

[0014] 该制冷机安装结构构成为，在以与所述真空容器的真空区域隔绝的状态容纳所述缸体的套筒内，使所述缸体能够在与所述套筒热性连接的位置和解除所述热性连接的位置之间移动，

[0015] 并且设置排出机构，当形成于所述套筒与所述缸体之间的空间部内的压力达到既定压力以上时，该排出机构排出所述空间部内的气体。

[0016] 发明效果

[0017] 根据公开的发明，由于形成于套筒与缸体之间的空间部内的压力上升为既定压力以上，则空间部内的气体通过排气机构被排气，所以能够防止损坏套筒与缸体。

附图说明

[0018] 图1是用于对本发明的一实施方式的制冷机安装结构进行说明的剖视图，是表示在套筒安装GM制冷机的状态的图。

[0019] 图2是用于对本发明的一实施方式的制冷机安装结构进行说明的剖视图，是表示从缸体拆除置换器后的状态的图。

[0020] 图3是在套筒安装GM制冷机的状态的俯视图。

[0021] 图4是放大表示闭阀状态的安全阀的图。

[0022] 图5是放大表示开阀状态的安全阀的图。

[0023] 图中：C1-第1级冷却缸体，C2-第2级冷却缸体，D1、D2-置换器，F1-第1级冷却凸缘，F2-第2级冷却凸缘，H1-第1级冷头，H2-第2级冷头，M-马达驱动部，R-GM制冷机，1-真空容器，2-套筒，4、21、41-凸缘，6-热护罩容器，42-Ｏ型环，46-连接器，50-安全阀，
52-测定端口，53-固定凸缘，54-移动凸缘，55-螺栓，56-圆柱部，57-弹簧，60-空间部。

具体实施方式

[0024] 以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。

[0025] 图1至图3是用于说明本发明的一实施方式的制冷机安装结构的图。本实施方式中，作为制冷机例举吉福德麦克马洪制冷机R（以下，称为GM制冷机）进行说明。但是本发明能够广泛应用于维护时对于缸体拆除内部部分的结构的制冷机。

[0026] GM制冷机R插入到容纳被冷却物的真空容器（未图示）而进行冷却，并且包括马达驱动部M、装配于马达驱动部M且通过马达驱动部M驱动的置换器、及将该置换器以能够往返移动的方式容纳的缸体。本实施方式中，由于使用2级式GM制冷机R，因此具有第1级冷却缸体C1、第2级冷却缸体C2、置换器D1及置换器D2。

[0027] 另外，本发明的应用不限于2级式GM制冷机R，也能够应用于单级式GM制冷机R，或3级以上的GM制冷机R中。

[0028] 在第1级冷却缸体C1的下端部形成有第1级冷头H1。并且，在第2级冷却缸体C2的下端部形成有第2级冷头H2。

[0029] 在第1级冷却缸体C1的上部开口周缘设置有凸缘41，该凸缘用于安装马达驱动部M并用于安装于真空容器，严格来说是经凸缘21安装于真空容器。置换器D1、D2穿过凸缘41的开口插入到第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2内。

[0030] 套筒2包括：在下端设置有第1级冷却凸缘F1的第1级套筒2a和上端连接于第1级冷却凸缘F1且在下端部设置有第2级冷却凸缘F2的第2级套筒2b。在第1级套筒2a的开口部周缘设置有用于向真空容器的顶板安装的凸缘21。

[0031] 另外，在GM制冷机R的第1级冷头H1与第1级冷却凸缘F1的热接触界面、及第2级冷头H2与第2级冷却凸缘F2的热接触界面，为了提高它们的接触面的热接触，分别设置有厚度约0.5～1.0mm的铟片3a、3b。

[0032] 该GM制冷机R能够由第1级冷头H1设为至70～40K、由第2级冷头H2设为至20～4K的超低温，通过各级冷头使被冷却物冷却至预定温度。

[0033] 构成GM制冷机R的第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2安装于套筒2内。在该安装状态下，在套筒2（第1级套筒2a、及第2级套筒2b）的内表面与第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2的外表面之间，除了热接触界面以外，形成有空间部60。另外，热接触界面是与第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2的延伸方向垂直的面。

[0034] 设置于第1级冷却缸体C1的上部开口周缘的凸缘41与套筒2的凸缘21对置。该凸缘41具有用于在插穿置换器D1、D2的状态下安装马达驱动部M的环状的板部件41-1、及为了与该板部件41-1一同密封套筒2内的空间而插穿于套筒2的上部的筒状部41-2。

[0035] 板部件41-1与筒状部41-2通过螺栓（未图示）等成为一体，在它们的接合部设置有密封用的Ｏ型环41-3。如此，第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2以与真空容器内的真空区域隔绝的状态容纳于套筒2。

[0036] 并且，在相互对置的凸缘21的内周面或筒状部42-2的内周面配设有橡胶制Ｏ型环42。该Ｏ型环42对筒状部41-2和与其对置的套筒2（具体而言为凸缘21）的内壁之间进行密封。

[0037] 如后述，筒状部41-2设为能够相对于套筒2上下移动的结构。因此，在套筒2（凸缘21）的内表面与筒状部41-2的外表面之间形成有稍许间隙。Ｏ型环42用于防止空气和水分等穿过该间隙从外部侵入空间部60内而设置。

[0038] 凸缘41和凸缘21构成为通过隔开等角度间隔设置的多个螺栓43从凸缘21的下侧被紧固。另外，根据后述的原因，螺栓43以间隙嵌合状态插穿于凸缘21。

[0039] 此外，在凸缘41与凸缘21上分别设置有至少1根用于在筒状部41-2插入到套筒2时限制第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2的倾斜的导销44，在此隔开90度的等角度间隔设置有4根。导销44竖立设置于凸缘21，在与此对应的筒状部41-2及板部件41-1中设有贯穿孔。

[0040] 并且，使弹簧垫圈45设置于多个螺栓43中几根螺栓43的头部和与该头部对置的凸缘21之间。弹簧垫圈45产生经螺栓43欲使凸缘41向图中下侧牵拉的加力。

[0041] 即，通过当最初开始冷却时第1级冷却缸体C1被冷却，从而第1级冷却缸体C1收缩。由此，第1级冷头H1欲远离第1级冷却凸缘F1，但通过弹簧垫圈45挤压第1级冷却缸体C1，从而维持第1级冷头H1与第1级冷却凸缘F1之间的面接触（热性接触）。

[0042] 在凸缘21上设置有连接器46及真空端口47。真空端口47的一端与形成于套筒2和第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2之间的空间部60连通。并且，在真空端口47的另一端设置有连接器46。在该连接器46连接有真空泵等减压机构，因此通过该减压机构进行空间部60的抽真空。

[0043] 并且在凸缘41（具体而言为板部件41-1）设置有测定端口52。该测定端口52的一端部连通于空间部60，另一端部向板部件41-1的外部拉出。

[0044] 在第1级冷却缸体C1的与第1级冷却凸缘F1热性连接的部位设置有第1级温度传感器S1。并且，在第2级冷却缸体C2的与第2级冷却凸缘F2接触的部位设置有第2级温度传感器S2。该各温度传感器S1、S2用于探测各冷却凸缘F1、F2的冷却温度而设置。

[0045] 连接于第1级温度传感器S1的配线65、及连接于第2级温度传感器S2的配线66在各冷却缸体C1、C2的外周卷绕成螺旋状后，经测定端口52向外部拉出。

[0046] 本实施方式中，设为在该测定端口52配设安全阀50（相当于技术方案中记载的排出机构）的结构，图4及图5放大表示配设于测定端口52的安全阀50。

[0047] 安全阀50设为具有固定凸缘53、移动凸缘54、螺栓55及弹簧57等结构。固定凸缘53具有圆盘形状且通过焊接等固定于测定端口52。并且，在固定凸缘53的螺栓55的配设位置形成有贯穿孔（未图示）。另外，固定凸缘53的图中箭头A1方向侧的面设为密封面53a。

[0048] 移动凸缘54设为具有与固定凸缘53相同半径的圆盘形状。该移动凸缘54设为能够相对于固定凸缘53向图中箭头A1、A2方向移动的结构。并且，在移动凸缘54上螺接螺栓55。另外，移动凸缘54的图中箭头A2方向侧的面设为密封面54a。

[0049] 螺栓55的图中箭头A2方向侧的端部成为头部，圆柱部56从该头部向A1方向侧延伸，且在其前端部形成有螺纹部。该螺纹部螺接于形成在移动凸缘54上的内螺纹部。由此，螺栓55与移动凸缘54成为一体的结构。

[0050] 并且，圆柱部56插穿于形成在固定凸缘53的贯穿孔。该圆柱部56的直径设定为小于形成在固定凸缘53的贯穿孔的直径。因此，移动凸缘54成为相对于固定凸缘53被螺栓55（具体而言是圆柱部56）引导且能够向箭头A1、A2方向移动的结构。

[0051] 弹簧57配设于固定凸缘53与螺栓55的头部之间。该弹簧57为螺旋弹簧，向拉伸的方向施加弹力。因此，通过该弹簧57的弹力，移动凸缘54位于压接到固定凸缘53的位置。

[0052] 如上所述，在固定凸缘53形成有密封面53a，在移动凸缘54形成有密封面54a。因此，移动凸缘54因弹簧57的弹力被压接于固定凸缘53，由此各密封面53a、54a气密地压紧，由此固定凸缘53被闭塞。由此，即使测定端口52与空间部60连通，也不会发生空气和水分从测定端口52泄漏到空间部60内之类的情况。

[0053] 另一方面，后面进行详述，若空间部60内的压力成为既定压力以上，则移动凸缘54构成为相对于固定凸缘53向A1方向移动。即，若空间部60内的压力增大，则该压力作用于移动凸缘54的密封面54a。并且，若随着空间部60内的压力增大而作用于密封面54a的力超过弹簧57的弹性加力，则移动凸缘54向相对于固定凸缘53远离的方向（A1方向）移动。

[0054] 图5是表示移动凸缘54移动到远离固定凸缘53的位置的状态。通过移动凸缘54移动，从而在密封面53a与密封面54a之间形成间隙59。由此，空间部60经测定端口52向大气开放，空间部60内的气体等经测定端口52及安全阀50被排出。由此，能够降低空间部60内的压力。

[0055] 接着，关于成为上述结构的制冷机安装结构，对维护时所实施的工作进行说明。

[0056] 对GM制冷机R进行维护时，保留第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2，将马达驱动部M和置换器D1、D2更换为新的马达驱动部M及置换器D1、D2。

[0057] 进行更换工作时，松动缸体21与缸体41之间的紧固，不从套筒2完全拔出GM制冷机R（即，不将套筒2内暴露于大气），在能够由Ｏ型环42进行密封的范围内提起GM制冷机R。该提起量为例如2～3mm左右（图2中由箭头ΔW1、ΔW2表示）。

[0058] 通过该操作，GM制冷机R远离套筒2，即套筒2与第1级冷头H1、及第2级冷头H2的面接触（热性连接）消失，变成无法进行各热接触界面中的传热。

[0059] 接着，在超低温状态下GM制冷机R的第1级冷却缸体C1、第2级冷却缸体C2保持固定并一同拔出置换器D1、D2与马达驱动部M，且一同安装新的置换器D1、D2与马达驱动部M。

[0060] 图2是表示马达驱动部M与置换器D1、D2一同被拔出且套筒2与第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2的面接触（热性连接）被解除的状态。

[0061] 在该面接触解除状态下，第1级套筒2a与第1级冷头H1被热性分离，并且第2级套筒2b与第2级冷头H2也被热性分离。并且，空间部60经连接器46通过减压机构进行减压处理，因此空间部60内维持真空。

[0062] 接着，进行将新的马达驱动部M及置换器D1、D2安装于第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2内的处理。但是，通过拆卸旧马达驱动部M及置换器D1、D2，从而暴露于大气的第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2由于其内部依然为低温，所以在内表面形成有结冰膜和霜。

[0063] 因此，在该状态下，很难将新的马达驱动部M及置换器D1、D2安装于各缸体C1、C2，所以进行加热第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2的内部的处理。

[0064] 该加热处理中，将加热装置（干燥机等）插入到各缸体C1、C2而使其升温，并去除及清理结冰膜和霜。该升温温度最好为约20～40℃。并且通过该加热处理，安装于各冷头H1、H2的下端面的铟片3a、3b也被软化。

[0065] 若该加热处理结束，则将新的马达驱动部M及置换器D1、D2插入到第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2内，并降低被提起的第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2而返回到原始状态（在图1所示的状态）。由此，第1级冷头H1、及第2级冷头H2的传热性能能够确保为与更换前相同的性能。

[0066] 如上所述，本实施方式所涉及的制冷机安装结构中，维护时在套筒2与第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2之间存在成为真空的空间部60，并且，套筒2与第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2的面接触（热性连接）被隔断。

[0067] 因此，不会出现第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2因真空容器侧的低温而直接被冷却的情况。并且，通过拆卸置换器D1、D2，第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2暴露于大气中，但是如上述因存在空间部60，由此防止热经各缸体C1、C2侵入真空容器侧的情况，还防止真空容器侧的温度上升。

[0068] 但是，由于在套筒2与第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2之间形成的空间部60成为真空，所以具有空气和水分等易于从外部渗入的特性。并且，由于因马达驱动部M的驱动产生振动，所以还考虑到密封性随时间降低的情况。因以上情况，考虑到空气和水分等泄漏（渗入）到空间部60内部的情况。若空气和水分等泄漏到空间部60内，则由于套筒2及各缸体C1、C2成为超低温状态，所以空气和水分等在套筒2的内壁及缸体C1、C2的外壁冻结并蓄积。

[0069] 若以如上泄漏的空气和水分等冻结于套筒2的内壁及缸体C1、C2的状态进行维护，则如上述，第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2从维持冷却的套筒2热性分离，并且成为暴露于大气的状态，所以温度上升。随着该温度上升，冻结的空气和水分等气化或膨胀，且空间部60内的压力急剧上升。具体而言，通过空气和水分等气化、膨胀，空间部60内的压力与温度上升前相比，上升为例如400倍以上。

[0070] 但是，本实施方式所涉及的制冷机安装结构中，构成为在与空间部60连通的测定端口52设置安全阀50。因此，若空间部60内的压力上升，则该压力外加于构成安全阀50的移动凸缘54，并使其朝向A1方向移动加力。

[0071] 并且，若空间部60内的压力成为既定压力以上，则如利用图5来说明，移动凸缘54克服弹簧57的弹力而移动。由此，安全阀50开阀，且空间部60内的已气化、膨胀的气体从间隙59向外部排出。

[0072] 在此，本实施方式所涉及的制冷机安装结构中，将既定压力设定在如下范围内：即使压力上升第1级冷却缸体C1、及第2级冷却缸体C2也不会相对于套筒2移动的压力范围，并且，在套筒2、各缸体C1、C2、Ｏ型环42等中不发生因压力上升造成的损坏的压力范围。安全阀50中的既定压力的变更能够通过弹簧57的弹簧常数调整、及密封面53a、53b的面积调整等进行。

[0073] 如上，根据本实施方式的制冷机安装结构，即使空气和水分等泄漏到空间部60内，也能够抑制维护时在套筒2、各冷却缸体C1、C2、及Ｏ型环42等中发生损坏。并且，随着空间部60内的压力上升，能够防止冷却缸体C1、C2脱离套筒2，并能够提高维护工作的安全性。

[0074] 并且，本实施方式中，设为利用以往配设的测定端口52并在该测定端口52设置安全阀50的结构。与此相对，还考虑到在与测定端口52不同的部位形成与空间部60连通的端口并在该端口配设安全阀的结构。

[0075] 但是，设为该结构时随着部件件数增加而导致制冷机安装结构复杂化。因此，如本实施方式，设为利用测定端口52并在该测定端口52设置安全阀50的结构时，能够实现制冷机安装结构的简单化及低成本化。

[0076] 并且，作为与空间部60连通的端口，在与测定端口52不同的部位设置有为了将空间部60内部设为真空而使用的真空端口47。但是，本实施方式中，设为在测定端口52设置安全阀50的结构，而不是设为在真空端口47设置安全阀的结构。

[0077] 通过设为该结构，在维护中空间部60内的压力上升时，能够将空间部60内的气体经安全阀50及测定端口52排出，并且也能够经连接器46及真空端口47排出，能够更有效地进行排出空间部60内的气体的处理。

[0078] 以上，对本发明优选的实施方式进行了详细说明，但本发明不限于上述的特定实施方式，能够在技术方案中记载的本发明的摘要的范围内进行各种变形或变更。

[0079] 产业上的可利用性

[0080] 本发明所涉及的制冷机安装结构，能够利用于提供给单晶提起装置的超导磁铁装置或其他用途的超导磁铁装置等中。

[0081] 本申请主张基于2012年2月1日申请的日本专利申请第2012-020017号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。