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極低溫裝置以及使用該極低溫裝置的被冷卻體的冷卻方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480004951.4

申請日:

2014.01.10

公開號:

CN104919258A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F25B 9/00申請日:20140110|||公開
IPC分類號: F25B9/00; H01F6/04 主分類號: F25B9/00
申請人: 株式會社神戶制鋼所
發明人: 三木孝史
地址: 日本兵庫縣
優先權: 2013-004339 2013.01.15 JP
專利代理機構: 中科專利商標代理有限責任公司11021 代理人: 雒運樸
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480004951.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.03.29|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種極低溫裝置,其能夠在有效地抑制朝向被冷卻體的熱侵入的同時,將制冷機的冷頭相對于被冷卻體以能夠高效率地進行熱傳遞的方式連結為能夠裝卸。極低溫裝置具備被冷卻體容器(16)、具有筒部(32)和底部(34)的冷頭插入部(18)、在冷頭(26)的低溫端(28)與所述底部(34)之間形成熱連結部的熱連結形成部(60)、以及設置在底部(34)與被冷卻體(12)之間的熱開關(70)。熱連結形成部(60)具有制冷機側凹凸部(61、62)和插入部側凹凸部(63、64),通過使氣體狀的熱傳導介質在上述凹凸部的間隙(66)內凝固而形成熱連結部。熱開關(70)具有設置于所述底部(34)的插入部側熱開關元件和被冷卻體側熱開關元件,通過兩開關元件的接合分離來切換熱傳導的允許和切斷。

權利要求書

權利要求書
1.  一種極低溫裝置,其用于通過具有冷頭的制冷機對被冷卻體進行冷卻,其中,
所述極低溫裝置具備:
被冷卻體容器,其具有外壁,并且在該被冷卻體容器的內側收容所述被冷卻體;
冷頭插入部,其具有筒部和底部,該筒部形成從所述外壁起朝向所述被冷卻體延伸、且為了允許所述冷頭從其低溫端側插入而向所述外壁的外側開口的筒狀,該底部以堵塞該筒部的里側端部的方式與該筒部相接,該冷頭插入部具有通過該冷頭的插入來封閉內部的形狀;
熱連結形成部,其用于在所述冷頭的低溫端與所述冷頭插入部的底部之間形成能夠進行熱傳導的熱連結部;以及
熱開關,其設置在所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間,
所述熱連結形成部具有制冷機側凹凸部和插入部側凹凸部,該制冷機側凹凸部設置在所述冷頭的低溫端且在與該冷頭的插入方向平行的方向上起伏,該插入部側凹凸部設置在所述冷頭插入部的底部中的朝向所述冷頭的低溫端側的面上,并且以能夠與所述制冷機側凹凸部隔開間隙進行對置的方式在與該冷頭的插入方向平行的方向上起伏,所述制冷機側凹凸部以及所述插入部側凹凸部具有如下的形狀:通過在所述制冷機側凹凸部以及所述插入部側凹凸部彼此的間隙內使氣體狀的熱傳導介質在所述冷頭的低溫端的運轉溫度下凝固,由此形成所述熱連結部,
所述熱開關具有插入部側熱開關元件以及被冷卻體側熱開關元件,該插入部側熱開關元件設置在所述底部中的朝向所述被冷卻體側的面、即被冷卻體側面,該被冷卻體側熱開關元件以相對于該插入部側熱開關元件在與所述冷頭的插入方向平行的方向上對置的方式配置于所述被冷卻體,通過使兩開關元件在與所述冷頭的插入方向平行的方向上相對位移而在接通狀態與斷開狀態之間進行切換,在該接通狀態下,所述插入部側熱開關元件以及所述被冷卻體側熱開關元件彼此接觸而允許所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間的熱傳導,在該斷開狀態下,所述插入部側熱開 關元件以及所述被冷卻體側熱開關元件彼此分離而允許所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間的熱傳導。

2.  根據權利要求1所述的極低溫裝置,其中,
所述冷頭插入部的筒部能夠在與所述冷頭的插入方向平行的方向上伸縮,在該筒部的收縮狀態下,使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件分離,在該筒部的伸長狀態下,使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件接觸。

3.  根據權利要求2所述的極低溫裝置,其中,
所述筒部能夠在所述冷頭的插入方向上彈性地伸縮,并且在未插入所述冷頭的狀態下,具有使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件分離的自然長度,另一方面,所述極低溫裝置具備操作力傳遞部,該操作力傳遞部分別設置在所述冷頭以及所述冷頭插入部上,伴隨著所述冷頭的插入而所述操作力傳遞部在與冷頭的插入方向平行的方向上彼此抵接,所述操作力傳遞部將施加到所述冷頭的插入方向上的操作力傳遞至所述冷頭插入部而使所述冷頭插入部的筒部伸長,由此使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件接觸。

4.  根據權利要求3所述的極低溫裝置,其中,
所述操作力傳遞部被配置為,通過將所述操作力傳遞部彼此抵接而在所述制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部之間確保所述間隙。

5.  根據權利要求3所述的極低溫裝置,其中,
所述被冷卻體側熱開關元件借助包括能夠彈性變形的編織體在內的支承體而被支承在所述被冷卻體上,所述編織體通過自身的彈性變形而允許所述被冷卻體側熱開關元件朝向靠近所述被冷卻體側的方向位移。

6.  根據權利要求1所述的極低溫裝置,其中,
所述制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部具有如下的形狀:能夠在這些凹凸部彼此之間,在與所述插入方向平行的方向以及與其正交的冷頭徑向這兩個方向上形成間隙。

7.  根據權利要求6所述的極低溫裝置,其中,
所述制冷機側凹凸部具有與所述插入部側凹凸部對置的制冷機側基面、以及從該制冷機側基面突出的多片制冷機側翅片,所述插入部側凹凸 部包括與所述制冷機側凹凸部對置的插入部側基面、以及從該插入部側基面向所述制冷機側翅片彼此之間突出的多片插入部側翅片。

8.  根據權利要求6所述的極低溫裝置,其中,
所述極低溫裝置還具備定位部,該定位部分別設置于所述冷頭以及所述冷頭插入部,伴隨著所述冷頭的插入而相互抵接,由此決定兩凹凸部的相對位置,使得在所述制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部之間,在與所述插入方向平行的方向以及與其正交的冷頭徑向這兩個方向上確保間隙。

9.  根據權利要求8所述的極低溫裝置,其中,
作為所述定位部,具有制冷機側定位部和插入部側定位部,該制冷機側定位部與所述制冷機側翅片一并從所述冷頭的低溫端朝向所述冷頭插入部的底部突出,該插入部側定位部與所述插入部側翅片一并從所述冷頭插入部的底部朝向所述冷頭的低溫端突出,兩定位部具有相互抵接的抵接面,這些抵接面是隨著朝向所述冷頭的徑向上的內側而向所述冷頭插入部的底部側位移的朝向上的錐面。

10.  根據權利要求1所述的極低溫裝置,其中,
所述極低溫裝置還具備密封部,該密封部設置于所述冷頭,在向所述冷頭插入部插入該冷頭時,該密封部與所述被冷卻體容器或所述冷頭插入部接觸而將該冷頭插入部內封閉。

11.  根據權利要求10所述的極低溫裝置,其中,
所述極低溫裝置還具備氣體供排管,該氣體供排管用于將被所述密封部封閉后的所述冷頭插入部內的氣體置換成由所述熱傳導介質構成的氣體。

12.  根據權利要求1所述的極低溫裝置,其中,
所述極低溫裝置還具備溫度控制裝置,該溫度控制裝置在插入到所述冷頭插入部內的冷頭的運轉中,將所述熱連結形成部的溫度控制為用于將所述熱傳導介質保持為液相的溫度。

13.  一種被冷卻體的冷卻方法,其用于使用具有冷頭的制冷機對被冷卻體進行冷卻,其中,
所述被冷卻體的冷卻方法包括:
準備權利要求1至12中任一項所述的極低溫裝置;
將制冷機的冷頭從其低溫端側插入到所述極低溫裝置的冷頭插入部內,由此將該冷頭插入部內封閉,并且使設置在所述冷頭的低溫端處的制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部隔開間隙進行對置;
通過所述制冷機的運轉,使氣體狀的熱傳導介質在所述間隙內凝固而形成熱連結部;以及
將所述熱開關接通。

14.  根據權利要求13所述的被冷卻體的冷卻方法,其中,
所述被冷卻體的冷卻方法包括:
在通過所述制冷機的運轉而使氣體狀的熱傳導介質在所述間隙內凝固之前,控制所述熱連結形成部的溫度,使得該熱傳導介質暫時成為液相而遍布在該熱連結形成部的兩凹凸部間的間隙中。

說明書

說明書極低溫裝置以及使用該極低溫裝置的被冷卻體的冷卻方法
技術領域
本發明涉及利用制冷機對超導磁鐵等被冷卻體進行冷卻的極低溫裝置、以及使用該極低溫裝置的該被冷卻體的冷卻方法。
背景技術
以往,作為用于對超導磁鐵、收容該超導磁鐵的液氦容器這樣的被冷卻體進行冷卻的極低溫裝置,已知利用了具有冷頭的制冷機的裝置。如何能夠在該裝置中高效地(即以較小的熱阻)將所述冷頭與被冷卻體連接且斷開,成為重要的技術問題。
專利文獻1公開了在所述被冷卻體與所述冷頭的連接中利用了氮等低沸點氣體的技術。如圖6所示,該裝置具有:液氦容器100;收容該液氦容器的真空容器102;具有冷頭104的制冷機106;形成于所述液氦容器100與所述真空容器102之間并且能夠供所述冷頭104從真空容器102的外部插入的套筒108;以堵塞該套筒108的下部的方式裝配于該套筒108的下部的堵塞板110;用于向該堵塞板110的正上方空間供給氮氣等加熱氣體的氣體導入管112;以及固定在所述堵塞板110的下表面上的傳熱用的翅片114。上述堵塞板110以及翅片114是被所述制冷機106冷卻的被冷卻體,通過該冷卻將液氦容器100內的溫度保持在氦的沸點以下的極低溫狀態。
所述冷頭104在其中段部位以及下端部位分別具有第一冷卻臺104a以及第二冷卻臺104b,所述第二冷卻臺104b與作為被冷卻體的所述液氦容器100以如下方式連接為能夠熱傳遞。首先,在所述套筒108的底部蓄積液氮。另一方面,所述冷頭104以該第二冷卻臺104b浸漬于所述液氮內且在該第二冷卻臺104b的下表面與所述堵塞板110的上表面之間形成規定尺寸的間隙的位置,插入到所述套筒108內。當在該狀態下啟動所述冷頭104時,所述第二冷卻臺104b將所述液氮冷卻而使其固化,由此, 形成由該被固化的氮構成的熱接頭(heat joint)116。該熱接頭116具有較高的熱傳導系數,其高效地將所述冷頭104所生成的冷能傳遞給所述堵塞板110。
另一方面,在為了進行制冷機106的維護等而從套筒108拆卸所述冷頭104時,停止所述制冷機106的運轉,更優選通過所述氣體導入管112而向套筒108內導入加熱氣體(例如氮)。由此,構成所述熱接頭116的氮發生氣化而使該熱接頭116消失,從而能夠從所述套筒108內取出所述冷頭104。
在所述專利文獻1所記載的裝置中,難以避免在拆卸冷頭104時的向被冷卻體的熱侵入。具體而言,為了從所述套筒108拔出所述冷頭104而必須將該套筒108內加熱至氮的沸點以上的溫度為止,并且,在該拔出后,套筒108內向大氣中開放。此時,大量的熱量從所述套筒108通過所述堵塞板110而向液氦容器100內侵入。
在先技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2005-210015號公報
發明內容
本發明的目的在于,提供用于通過具有冷頭的制冷機對被冷卻體進行冷卻的極低溫裝置、以及使用該極低溫裝置的被冷卻體的冷卻方法,該極低溫裝置在有效地抑制朝向所述被冷卻體的熱侵入的同時,能夠將所述冷頭相對于所述被冷卻體以能夠高效率地進行熱傳遞的方式連結為能夠裝卸。
本發明所提供的極低溫裝置具備:被冷卻體容器,其具有外壁,并且在該被冷卻體容器的內側收容所述被冷卻體;冷頭插入部,其具有筒部和底部,該筒部形成從所述外壁起朝向所述被冷卻體延伸、且為了允許所述冷頭從其低溫端側插入而向所述外壁的外側開口的筒狀,該底部以堵塞該筒部的里側端部的方式與該筒部相接,該冷頭插入部具有通過該插入的冷頭來封閉內部的形狀;熱連結形成部,其用于在所述冷頭的低溫端與所述冷頭插入部的底部之間形成能夠進行熱傳導的熱連結部;以及熱開關,其 設置在所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間。所述熱連結形成部具有制冷機側凹凸部和插入部側凹凸部,該制冷機側凹凸部設置在所述冷頭的低溫端且在與該冷頭的插入方向平行的方向上起伏,該插入部側凹凸部設置在所述冷頭插入部的底部中的朝向所述冷頭的低溫端側的面上,并且以能夠與所述制冷機側凹凸部隔開間隙進行對置的方式在與該冷頭的插入方向平行的方向上起伏。所述制冷機側凹凸部以及所述插入部側凹凸部具有如下的形狀:通過在所述制冷機側凹凸部以及所述插入部側凹凸部彼此的間隙內使氣體狀的熱傳導介質在所述冷頭的低溫端的運轉溫度下凝固而形成所述熱連結部。所述熱開關具有插入部側熱開關元件和被冷卻體側熱開關元件,該插入部側熱開關元件設置在所述底部中的朝向所述被冷卻體側的面、即被冷卻體側面,該被冷卻體側熱開關元件以相對于該插入部側熱開關元件在與所述冷頭的插入方向平行的方向上對置的方式配置于所述被冷卻體,通過使兩開關元件在與所述冷頭的插入方向平行的方向上相對位移,從而在接通狀態與斷開狀態之間進行切換,在該接通狀態下,所述插入部側熱開關元件以及被冷卻體側熱開關元件彼此接觸而允許所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間的熱傳導,在該斷開狀態下,所述插入部側熱開關元件以及被冷卻體側熱開關元件彼此分離而允許所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間的熱傳導。
另外,本發明提供一種用于使用所述極低溫裝置對所述被冷卻體進行冷卻的方法。該方法包括:準備所述極低溫裝置;將制冷機的冷頭從其低溫端側插入到該極低溫裝置的冷頭插入部內,由此將該冷頭插入部內封閉,并且使設置在所述冷頭的低溫端處的制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部隔開間隙進行對置;通過所述制冷機的運轉,使氣體狀的熱傳導介質在所述間隙內凝固而形成熱連結部;以及將所述熱開關接通。
附圖說明
圖1是本發明的實施方式所涉及的極低溫裝置的剖面主視圖。
圖2是表示所述極低溫裝置的主要部分的剖面主視圖。
圖3是表示圖2所示的熱開關及其周邊部位的構造的放大剖視圖。
圖4是圖3的IV-IV線剖視圖。
圖5是分別表示固態氮、液氮以及銅的導熱系數的曲線圖。
圖6是表示現有的極低溫裝置的主要部分的剖面主視圖。
具體實施方式
參照附圖,對本發明的實施方式進行說明。本實施方式所涉及的極低溫裝置是超導電磁鐵裝置,作為被冷卻體而具備超導電磁鐵10以及收容該超導電磁鐵10的液氦容器12,并且利用制冷機20對該被冷卻體進行冷卻。但是,本發明并不限定被冷卻體的種類,也能夠應用于SQUID磁強計這樣的其他超導元件的冷卻。
圖1所示的裝置在所述超導電磁鐵10以及液氦容器12之外,還具備收容所述液氦容器12的熱屏蔽容器14、收容該熱屏蔽容器14且在其內部形成真空狀態的真空容器16、以及冷頭插入部18。
所述超導電磁鐵10以及各容器12、14、16具有共用的水平中心軸,并形成包圍沿著該中心軸延伸的試料空間22的圓環狀。所述液氦容器12收容用于冷卻所述超導電磁鐵10的液氦13,并使所述超導電磁鐵10浸漬在該液氦13內。另外,本實施方式所涉及的所述熱屏蔽容器14以及所述真空容器16構成用于收容作為被冷卻體的所述超導電磁鐵10以及所述液氦容器12的被冷卻體容器。
如圖2所示,本實施方式所涉及的所述制冷機20由兩級式的GM制冷機構成。具體而言,該制冷機20具有制冷機主體24和與該制冷機主體24連接的冷頭26。冷頭26形成大致圓柱狀的整體形狀。冷頭26具有中段部分和前端部分。所述中段部分構成第一冷卻臺27。所述前端部分即低溫端構成設定溫度比所述第一冷卻臺27低的第二冷卻臺28。所述第一冷卻臺27被設計為,將所述熱屏蔽容器14冷卻至規定的第一目標溫度(例如40K)。所述第二冷卻臺27被設計為,將所述液氦容器13冷卻至比所述第一目標溫度低的第二目標溫度(例如4K以下)。
在本實施方式中,在所述制冷機主體24與所述冷頭26之間設置有外徑比所述制冷機主體24和所述冷頭26的外徑大的凸緣部30。各臺27、28也具有比其他部分大的外徑。但是,所述第一冷卻臺27的外徑比所述凸緣部30的外徑小,所述第二冷卻臺28的外徑進一步比所述第一冷卻臺 27的外徑小。
在本發明中,并不特別限定所使用的制冷機的具體形狀、構造。例如,也可以使用單級的制冷機(例如僅具有所述第二冷卻臺28的制冷機)。
所述冷頭插入部18設置在從所述真空容器16的外壁(在本實施方式中為頂壁)到作為被冷卻體的液氦容器12的附近為止的區域。在所述冷頭插入部18中能夠插入所述冷頭26。所述冷頭插入部18具有圖2及圖3所示那樣的筒部32和底部34。所述筒部32從所述真空容器16的頂壁起,朝向所述液氦容器12而向下延伸。所述筒部32形成向所述頂壁的外側(在本實施方式中為向上)開口的筒狀,以便允許所述冷頭18從作為該低溫端的第二冷卻臺28的一側起向下插入到該筒部32中。所述底部34在本實施方式中形成圓板狀,并且以堵塞所述筒部32的里側端部(在本實施方式中為下端部)的方式與該筒部32相接。
所述筒部32具有能夠在與冷頭插入方向平行的方向(在本實施方式中為上下方向)上彈性地伸縮的構造,通過該伸縮,能夠使所述底部34在上下方向上位移。
具體而言,該筒部32從其上側依次具有直管部36、熱屏蔽連接用套筒37、以及波紋管部38。所述波紋管部38能夠在上下方向上伸縮,所述直管部36的上端以及所述波紋管部38的下端分別與所述真空容器16的開口17的周緣部和所述底部34的周緣部接合。所述熱屏蔽連接用套筒37介于所述直管部36與所述波紋管部38之間,并經由熱傳導構件40而與所述熱屏蔽容器14連接。
另一方面,在所述冷頭26的第一冷卻臺27的周緣下端面連結有熱傳遞套筒42。該熱傳遞套筒42配置為包圍所述冷頭26,在該熱傳遞套筒42的外周面上設置有能夠在徑向上撓曲的省略圖示的多個撓曲片。而且,伴隨著向所述冷頭插入部18插入冷頭26,所述撓曲片隨著其撓曲而壓接于所述熱屏蔽連接用套筒37的內周面,由此所述第一冷卻臺27的冷能經由所述熱傳遞套筒42、所述熱屏蔽連接用套筒37以及所述熱傳導構件40而傳遞至所述熱屏蔽容器14。
所述制冷機20的凸緣部30在所述冷頭26插入到所述冷頭插入部18的狀態下,經由高度調節機構44而支承在所述真空容器18的頂壁上,由 此能夠封閉所述冷頭插入部18內。
該高度調節機構44具有:多根螺紋軸45,其在所述真空容器18的頂壁上豎立設置在所述開口17的周圍;圓環板狀的高度調節凸緣46,其與所述凸緣部30的周緣部下表面接合,并具有能夠供各螺紋軸45貫穿的貫通孔;上下螺母47、48,其與所述各螺紋軸45螺合;以及密封部50。通過在所述螺母47、48中的下側的螺母48上載置所述高度調節凸緣46并從該高度調節凸緣46的上方緊固上側螺母47,從而將該凸緣部30支承在真空容器16的頂壁上。
所述密封部50具有:圓環板狀的密封件保持板52;固定在該密封件保持板52的下表面上的由例如O型環構成的密封件54;以及將所述密封件保持板52與所述高度調節凸緣46的下表面連接起來的筒狀的波紋管部56。在該密封部50中,伴隨著所述波紋管部56的彈性收縮變形而將所述密封件54向所述真空容器16的頂壁的上表面(所述開口17的周緣部的上表面)按壓。由此,所述制冷機20能夠封閉所述冷頭插入部18內。
因此,根據該高度調節機構44,通過調節各螺母47、48相對于所述螺紋軸45的相對位置,從而能夠調節當所述冷頭26完全被插入到所述冷頭插入部18內時的所述高度調節凸緣46距真空容器16的上表面的高度Hf(圖2),換言之,能夠調節冷頭26相對于所述冷頭插入部18的插入深度。
另外,該極低溫裝置具備如圖2所示那樣的氣體供排管58、熱連結形成部60、熱開關70以及溫度控制裝置80。
所述熱連結形成部60用于在作為所述冷頭26的低溫端的第二冷卻臺28與所述冷頭插入部18的底部34之間形成能夠進行熱傳導的熱連結部,并且具有設置于所述第二冷卻臺28的制冷機側凹凸部和設置于所述底部34的插入部側凹凸部。上述凹凸部具有如下形狀:以能夠彼此隔開間隙進行對置的方式在與所述冷頭26的插入方向平行的方向上起伏,并且使后述的熱傳導介質在所述間隙內凝固,由此形成所述熱連結部。
如圖3所示,本實施方式所涉及的制冷機側凹凸部具有與所述插入部側凹凸部對置的制冷機側基面61、以及從該制冷機側基面61向下突出的多片制冷機側翅片62。在本實施方式中,所述制冷機側基面61由所述第 二冷卻臺28的下表面構成。所述各制冷機側翅片62成為具有與所述第二冷卻臺28的中心一致的共用的中心的圓弧狀,并且在該第二冷卻臺28的徑向上彼此隔開間隔進行排列。此外,在本實施方式中,為了允許后述的熱傳導介質浸入到各制冷機側翅片62的內側,如圖4所示,使各制冷機側翅片62的周向上的一部分中斷。需要說明的是,在圖4中,為了方便說明,僅圖示出最外側的制冷機側翅片62。
同樣,本實施方式所涉及的插入部側凹凸部具有與所述制冷機側凹凸部對置的插入部側基面63、以及從插入部側基面63向上突出的多個插入部側翅片64。在本實施方式中,所述插入部側基面63由配設在所述底部34上的平板65的上表面構成。但是,插入部側基面63也可以由所述底部34的上表面自身構成。所述各插入部側翅片64與所述各制冷機側翅片62同樣地形成具有與所述第二冷卻臺28的中心一致的共用的中心的圓弧狀,并且在該第二冷卻臺28的徑向上彼此隔開間隔進行排列。此外,為了允許后述的熱傳導介質浸入到各插入部側翅片64的內側,如圖4所示,使各插入部側翅片64的周向上的一部分中斷。
關于所述各制冷機側翅片62與所述各插入部側翅片64的相對位置關系,如圖3以及圖4所示,在所述冷頭26插入到所述冷頭插入部18內的狀態下,以如下方式配置各翅片62、64:所述各插入部側翅片64在彼此沿徑向相鄰的制冷機側翅片62彼此之間突出,并且在該制冷機側翅片62與該插入部側翅片64之間,在冷頭26的插入方向以及徑向這兩個方向上形成間隙66。
此外,該極低溫裝置具備制冷機側定位部67以及插入部側定位部68。上述定位部67、68分別用于進行所述兩翅片62、64的相對定位,以便可靠地形成所述間隙66。
所述制冷機側定位部67與所述各翅片62、64同樣地形成具有與第二冷卻臺28的中心一致的中心的圓弧狀且翅片狀,使其周向上的一部分中斷。制冷機側定位部67在最外側的制冷機側翅片62的更靠外側的位置,與所述制冷機側翅片62同樣地從所述制冷機側基面61向下突出。制冷機側定位部67的下表面構成隨著朝向徑向上的內側而向底部34側(在圖3以及圖4中為下側)位移的朝向上的錐面、即抵接面67a。
另一方面,所述插入部側定位部68也與所述各翅片62、64同樣地形成具有與第二冷卻臺28的中心一致的中心的圓弧狀且翅片狀,使其周向上的一部分中斷。插入部側定位部68在最外側的插入部側翅片64的更靠外側的位置,與所述插入部側翅片64同樣地從所述底部34的上表面向上突出。該插入部側定位部68的上表面構成隨著朝向徑向上的內側而向底部34側(在圖3以及圖4中為下側)位移的朝向上的錐面、即抵接面68a。
所述兩定位部67、68的相對位置以及所述各抵接面67a、68a的形狀被設定為,通過將所述冷頭26插入到所述冷頭插入部18內而使兩抵接面67a、68a相互抵接,并且通過該抵接,使施加給所述冷頭26的插入操作力傳遞至冷頭插入部18的底部34,并且,決定兩翅片62、64彼此的相對位置,以便在所述各制冷機側翅片62與所述各插入部側翅片64之間確保所述冷頭插入方向以及徑向上的間隙66。即,所述兩定位部67、68作為操作力傳遞部以及定位部這兩者發揮功能。
所述氣體供排管58被配置為,在所述冷頭26插入到所述冷頭插入部18的狀態下,將該冷頭插入部18內的空氣導出并導入熱傳導介質。本實施方式所涉及的氣體供排管58以與所述冷頭26一體地相對于所述冷頭插入部18進行裝卸的方式卷繞在該冷頭26的周圍。該氣體供排管58具有:經由圖2所示的閥門59而以能夠切換的方式與省略圖示的氣體供給泵和真空泵連接的入口端、以及配置在所述熱連結形成部60的附近區域處的出口端。
向所述冷頭插入部18內導入的熱傳導介質在常溫下保持氣相,另一方面,在作為所述冷頭26的低溫端的第二冷卻臺28的運轉溫度(例如4K以下)下凝固,用于形成將該第二冷卻臺28與所述冷頭插入部18的底部34以能夠進行熱傳導的方式連結起來的熱連結部。因此,該熱傳導介質在其凝固后的低溫狀態下具有高熱傳導系數(低熱阻),具體而言優選氮。如圖5所示,該氮凝固而成的介質(固態氮)的熱傳導系數在所述第二冷卻臺28的運轉溫度的附近區域(3~4K)達到峰值,例如在3.8K下,氮能夠保持24.1W/m/K的熱傳導系數。該熱傳導系數與純度低的銅、例如磷脫氧銅的熱傳導系數相匹配,能夠進行良好的熱連接。除了氮以外,作為所述熱傳導介質,例如能夠應用氖、仲氫、氦。
所述熱開關70設置在所述冷頭插入部18的底部34與作為被冷卻體的液氦容器12之間,并且被切換為在兩者間進行熱傳導的接通狀態、以及切斷該熱傳導的斷開狀態,在本實施方式中,所述熱開關70具有作為插入部側熱開關元件的插入部側金屬板72、以及作為被冷卻體側熱開關元件的被冷卻體側金屬板74。
所述插入部側金屬板72被設置為,覆蓋所述底部34中的朝向所述被冷卻體側的下表面、即被冷卻體側面(在圖中為下表面)。所述被冷卻體側金屬板74以相對于所述插入部側金屬板72在與所述冷頭26的插入方向平行的方向(圖3中為上下方向)上對置的方式配置于所述被冷卻體。
所述被冷卻體側金屬板74也可以直接配設于例如所述液氦容器12的上表面,但在本實施方式中,所述被冷卻體側金屬板74經由支承體76而被支承在所述液氦容器12上。支承體76具有支承板77和編織層78。編織層78介于所述支承板77與所述液氦容器12的頂壁之間。編織層78例如通過由銅構成的編織線來構成,能夠在所述支承板77與液氦容器12之間進行熱傳導,同時以與所述液氦容器12平行的姿勢對所述支承板77進行支承。另外,該編織層78通過其自身的彈性變形而能夠使支承板77在上下方向上產生少許位移,根據該彈性力,還具有后述那樣的使金屬板72、74彼此的接觸壓上升而提高其緊貼度的功能,以及抑制制冷機20的振動傳遞到液氦容器12的功能。所述被冷卻體側金屬板74以在與所述冷頭26的插入方向平行的方向(上下方向)上和所述插入部側金屬板72對置的方式,配設在所述支承板77的上表面上。
所述兩金屬板72、74由導電性以及相互緊貼性優異的材料形成,在它們彼此緊貼的狀態下,在兩金屬板72、74之間形成良好的熱傳導。具體而言,優選在利用電解研磨等對由銅板構成的母材的表面進行處理之后對其表面實施金或銀的電鍍而成的金屬板。但是,本發明所涉及的熱開關元件并不局限于如所述兩金屬板72、74那樣由與底部34、被冷卻體不同的構件構成。例如,插入部側熱開關元件也能夠由底部34自身構成,同樣地,被冷卻體熱開關元件也能夠由例如液氦容器12的外壁自身構成。
圖2所示的所述冷頭插入部18d的筒部32的自然長度Ls、即未向該冷頭插入部18施加外力(冷頭26的插入操作力)時的筒部32的長度被 設定為,在與該筒部32相接的底部34的下表面設置的所述插入部側金屬板72從被冷卻體側金屬板74向上方分離與距離Dg(圖2)對應的量。另外,在圖2中,為了方便說明,描繪為在兩金屬板72、74之間形成與所述距離Dg相當的尺寸的間隙,但是實際上,通過所述高度調節機構44來調節凸緣部30的高度Hf以及冷頭26的插入深度,使得從所述冷頭26經由兩定位部67、68而傳遞至冷頭插入部18的底部34的向下的插入操作力使所述筒部32的波紋管部38伸長而使所述底部34以及所述插入部側金屬板72向下位移,從而使該插入部側金屬板72緊貼在被冷卻體側金屬板74上。
如圖2所示,所述溫度控制裝置80在插入到所述冷頭插入部26內的冷頭26的運轉中進行將所述熱連結形成部60的溫度保持為目標溫度的控制。該目標溫度被設定為用于將所述熱傳導介質保持為液相的溫度。例如在熱傳導介質是氮氣的情況下,優選所述目標溫度被設定為比其三相點高一些的溫度(64K或其附近溫度)。
具體而言,所述溫度控制裝置80具有加熱器82、溫度傳感器84以及溫度調節器86。所述加熱器82具有在所述熱連結形成部60的附近(在圖2以及圖3中為冷頭26中的第二冷卻臺28的附近的部位)設置的線圈87、以及使電流流經該線圈87來對該線圈87進行加熱的主體部88。所述溫度傳感器84設置在所述熱連結形成部60的附近的位置,并輸出與該位置處的溫度相當的電信號。溫度調節器86控制所述加熱器82的動作,使得與所述溫度傳感器84輸出的電信號對應的溫度接近于預先設定的所述目標溫度。所述線圈87、所述溫度傳感器84可以預先組裝到冷頭插入部18內,也可以安裝在該冷頭26上,以便與冷頭26一體地相對于該冷頭插入部18進行插拔。在該情況下,與所述線圈87、所述溫度傳感器84連接的布線也可以與所述氣體供排管58同樣地卷繞在冷頭26上。
另外,雖未圖示,優選在所述冷頭26或所述冷頭插入部18上,設置用于對插入有該冷頭26的狀態下的該冷頭插入部18內的壓力進行檢測的壓力傳感器。如后所述,該壓力傳感器能夠在該冷頭插入部18的外部識別在冷頭插入部18內封入的所述熱傳導介質液化(或凝固)的情況。
接著,對使用了該極低溫裝置和制冷機20的被冷卻體(超導電磁鐵 10以及液氦容器12)的冷卻方法、以及該制冷機20的拆卸方法進行說明。
1)初始狀態
在初始狀態下,即在制冷機20的冷頭26未插入到冷頭插入部18內的狀態下,該冷頭插入部18的筒部32保持自然長度Ls,在與此相連的底部34的下表面設置的插入部側金屬板72從被冷卻體側金屬板74向上方分離。
2)冷頭26的插入(圖2)
從所述初始狀態開始,所述冷頭26以其第二冷卻臺28為前頭而向下插入到所述冷頭插入部18內。如上所述,在該冷頭26上,預先設置有氣體供排管58、熱傳遞套筒42、高度調節凸緣46、密封部50、形成熱連結形成部60的多個制冷機側翅片62、以及制冷機側定位部67,它們與所述冷頭26一體地插入到所述冷頭插入部18內。
在插入該冷頭26時,在所述熱傳遞套筒42的外周面上設置的多個撓曲片壓接于構成冷頭插入部18的筒部32的熱屏蔽連接用套筒37的內周面。另外,如圖3所示,通過使作為制冷機側定位部67的下表面的錐形狀的抵接面67a與作為插入部側定位部68的上表面的同樣為錐形狀的抵接面68a抵接,從而在冷頭26的第二冷卻套筒28與冷頭插入部18的底部34之間進行相對定位、所謂的定心,以便在制冷機側翅片62與插入部側翅片64之間,針對冷頭26的插入方向以及徑向這兩者形成預先規定的尺寸的間隙66。
另一方面,在高度調節機構44中,在預先僅將下側螺母48裝配在各螺紋軸45上的狀態下,將該螺紋軸45分別穿過固定在制冷機20的凸緣部30處的高度調節凸緣46的多個貫通孔,從而進行所述冷頭26的插入作業、即使制冷機20整體下降的作業,在所述下側螺母48上載置了所述高度調節凸緣46的時刻,結束該作業。此時,如所述那樣,兩定位部67、68的抵接面67a、68a彼此抵接,設置于所述高度調節凸緣46處的密封部50的密封件54在整周的范圍內與液氦容器12的開口17的周緣部緊貼,由此將所述冷頭插入部18內封閉。
3)冷頭插入部18內的氣體的置換
針對以所述方式來封閉的冷頭插入部18進行該插入部18內的氣體置 換,具體而言,通過氣體供排管58以及閥門59,進行來自該插入部18的空氣的導出以及朝向該插入部18內的熱傳導介質(例如氮氣)的導入。通過這種方式,形成在冷頭插入部18內充滿由熱傳導介質構成的氣體的狀態。
4)制冷機20以及溫度控制裝置80的工作
在置換所述氣體后,進行制冷機20以及溫度控制裝置80的啟動。通過制冷機20的工作,使其第二冷卻臺28周邊的溫度開始下降,通過溫度控制裝置80的工作而進行線圈87的加熱,最終控制在第一目標溫度(例如比熱傳導介質的三相點稍高的溫度)附近。與之相伴,構成在所述步驟(3)中封入插入部18內的熱傳導介質的氣體的壓力下降,并且在將第二冷卻臺周邊溫度保持為第一目標溫度的期間發生液化,從而以液體狀態蓄積在插入部18的底部。
5)溫度控制裝置80的停止
當所述的熱傳導介質的液化進行時,所述冷頭插入部18內的壓力下降,在該液化完成的時刻,該壓力為最低值且保持穩定(例如為氮的三相點附近的飽和壓力且大體真空狀態)。于是,所述溫度控制裝置80的溫度調節器86對省略圖示的壓力傳感器的輸出信號進行監視,并基于在該輸出信號低于預先設定的值的時刻液化完成的判斷,停止加熱器82的驅動。其結果是,再次進行第一冷卻臺27以及第二冷卻臺28的冷卻,充滿所述兩翅片62、64彼此的間隙66的液體(熱傳導介質液化而成的介質)的溫度隨之下降而最終凝固。
像這樣通過熱傳導介質的凝固而形成的熱連結部具有優異的熱傳導系數(例如在氮的情況下,在3.8K下為24.2W/m/K)。例如,當將所述翅片62、64之間的間隙66的尺寸設為0.1mm、將翅片62、64中的相互在冷頭插入方向或徑向上對置的面的總表面積設為1.6×104mm2時,在氮的情況下,所形成的熱連結部處的熱阻僅為2.6×10-4mK/W。即,當將移動的熱量設為1W時,界面溫度差僅為0.26mK。與此相對,當將熱傳導介質設為液氦時,其在3.8K下的熱傳導系數為2.48×10-2W/m/K,因此熱阻為0.25K/W,是非常大的。
該凝固后的介質(例如固態氮)能夠與所述兩翅片62、64一起以較 高的效率將所述第二冷卻臺28的冷能傳遞至冷頭插入部18的底部34。
6)冷頭26的進一步插入
通過步驟(5),在冷頭插入部18的底部形成了熱傳導介質固化而成的介質之后,進一步向下方插入冷頭18。具體而言,在高度調節機構44中,在松開上側螺母47和下側螺母48中的一端而使高度調節凸緣46成為上下自由移動的狀態之后,進一步向下方按壓所述冷頭26。
進行所述冷頭26的插入且使其插入操作力經由所述兩定位部67、68傳遞至冷頭插入部18的底部34,由此隨著該冷頭插入部18的筒部32中的波紋管部38的伸長方向上的彈性變形,該底部34向下方位移,從而使設于該底部34的下表面的插入部側金屬板72與被冷卻體側金屬板74緊貼。即,熱開關70從斷開狀態被切換為接通狀態,從而能夠在所述冷頭插入部18的底部34與作為被冷卻體的液氦容器12之間進行熱傳導。
這樣,在底部34下降至兩金屬板72、74彼此緊貼之后,再次緊固所述上側螺母47以及下側螺母48的高度位置,由此完成向真空容器16固定制冷機20。
7)冷頭26的拆卸
接著,在以制冷機20的維護等為目的而從冷頭插入部18拆卸該制冷機20的冷頭26時,使所述熱開關70成為斷開狀態并且使熱傳導介質氣化即可。具體而言,通過拆下高度調節機構44的上側螺母48并將制冷機20稍微抬起,由此使構成熱開關70的金屬板72、74彼此分離,并且停止所述制冷機20的運轉即可。此外,通過驅動加熱器82或者穿過氣體供排管58向冷頭插入部18內供給常溫氣體,能夠促進所述熱傳導介質的升溫以及氣化。
若通過上述方式將熱傳導介質氣化,則構成熱連結形成部60的翅片62、64彼此的連結被解除。由此,能夠容易地從所述冷頭插入部18中取出冷頭26。而且,處于斷開狀態的熱開關70有效地抑制了伴隨著所述冷頭插入部18的升溫的朝向被冷卻體(液氦容器12)的熱侵入。例如,在構成熱開關70的各金屬板72、74的面積為1.6×10-2m2且其表面的輻射率為0.01的情況下,即使所述底部34的溫度上升到室溫為止,金屬板72、74之間的輻射傳熱量也被抑制為36mW。因而,有效地抑制了制冷機20 的修理或更換中的被冷卻體的溫度上升。
此時,可以按照如下方式設定該冷頭插入部18容積:即,從在所述間隙66內凝固的狀態氣化后的熱傳導介質的氣體以大致接近于大氣壓的壓力充滿冷頭插入部18內。換言之,優選基于用于使熱傳導介質在液體狀態下充滿所述間隙66的該熱傳導介質的必要體積、以及下述的表1所示那樣的該熱傳導介質的密度比(液體狀態下的密度相對于1個氣壓且0℃時的氣體密度之比),設定所述冷頭插入部18的容積。
[表1]

本發明并不局限于以上說明的實施方式。例如,也能夠包括如下那樣的實施方式。
對于所述熱開關70而言,在所述實施方式中通過冷頭插入部18的底部34的位移而將該熱開關70接通斷開,但是也可以通過使被冷卻體側開關元件(在圖3中為被冷卻體側金屬板74)位移來將熱開關70接通斷開。但是,在該情況下,需要用于操作所述被冷卻體側開關元件的特殊機構,與之相對,在如所述實施方式那樣基于冷頭插入部18的底部34的位移的方式中,具有能夠利用冷頭26的插入操作力來將熱開關70接通斷開的優點。另外,在如所述那樣利用冷頭26的插入操作力來使所述底部34位移的情況下,用于傳遞該插入操作力的操作力傳遞部也可以與所述定位部67、68獨立設置。
本發明所涉及的制冷機側凹凸部以及插入部側凹凸部并不局限于所述那樣的包括翅片62、64在內的結構。例如,制冷機側凹凸部也可以具有朝向插入部側凹凸部呈棒狀或球狀突出的多個制冷機側突起,插入部側凹凸部也可以是在所述各制冷機側突起之間突出的同樣為棒狀或球狀的突起。
本發明所涉及的制冷機側以及插入部側定位部也可以設置在與熱連結形成部分離的位置,例如設置在冷頭的中段部分或冷頭插入部的入口側部分。但是,如所述那樣分別與制冷機側凹凸部以及插入部側凹凸部并列設置的定位部能夠以更高的精度來規定所述凹凸部彼此的間隙的尺寸。
能夠省略所述溫度控制裝置80。例如,在熱傳導介質保持液相的溫度區域較大的情況下,即便僅以較低的速度對該熱傳導介質進行冷卻,在該冷卻中也能夠使該熱傳導介質成為液相而遍布在兩凹凸部間的間隙中。另外,在熱傳導介質的密度與空氣的密度相比非常大的情況下,也可以在將冷頭向冷頭插入部內插入之前,將該冷頭插入部內的氣體置換成熱傳導介質。換言之,也可以在置換該氣體之后,將冷頭插入到冷頭插入部內。
如上所述,根據本發明,提供用于通過具有冷頭的制冷機對被冷卻體進行冷卻的極低溫裝置、以及使用該極低溫裝置的被冷卻體的冷卻方法,該極低溫裝置在有效地抑制朝向所述被冷卻體的熱侵入的同時,能夠將所述冷頭相對于所述被冷卻體以能夠高效率地進行熱傳遞的方式連結為能夠裝卸。
所述極低溫裝置具備:被冷卻體容器,其具有外壁,并且在該被冷卻 體容器的內側收容所述被冷卻體;冷頭插入部,其具有筒部和底部,該筒部形成從所述外壁起朝向所述被冷卻體延伸、且為了允許所述冷頭從其低溫端側插入而向所述外壁的外側開口的筒狀,該底部以堵塞該筒部的里側端部的方式與該筒部相接,該冷頭插入部具有通過該插入的冷頭而將內部封閉的形狀;熱連結形成部,其用于在所述冷頭的低溫端與所述冷頭插入部的底部之間形成能夠進行熱傳導的熱連結部;以及熱開關,其設置在所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間。所述熱連結形成部具有制冷機側凹凸部和插入部側凹凸部,該制冷機側凹凸部設置在所述冷頭的低溫端處且在與該冷頭的插入方向平行的方向上起伏,該插入部側凹凸部設置在所述冷頭插入部的底部中的朝向所述冷頭的低溫端側的面上,并且以能夠與所述制冷機側凹凸部隔開間隙進行對置的方式在與該冷頭的插入方向平行的方向上起伏。所述制冷機側凹凸部以及所述插入部側凹凸部具有如下的形狀:通過在所述制冷機側凹凸部以及所述插入部側凹凸部彼此的間隙內使氣體狀的熱傳導介質在所述冷頭的低溫端的運轉溫度下凝固,由此形成所述熱連結部。所述熱開關具有插入部側熱開關元件和被冷卻體側熱開關元件,該插入部側熱開關元件設置在所述底部中的朝向所述被冷卻體側的面、即被冷卻體側面,該被冷卻體側熱開關元件以相對于該插入部側熱開關元件在與所述冷頭的插入方向平行的方向上對置的方式配置于所述被冷卻體,通過使兩開關元件在與所述冷頭的插入方向平行的方向上相對位移,從而在接通狀態與斷開狀態之間進行切換,在該接通狀態下,所述插入部側熱開關元件以及被冷卻體側熱開關元件彼此接觸而允許所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間的熱傳導,在該斷開狀態下,所述插入部側熱開關元件以及被冷卻體側熱開關元件彼此分離而允許所述冷頭插入部的底部與所述被冷卻體之間的熱傳導。
另外,本發明提供一種用于使用所述極低溫裝置對所述被冷卻體進行冷卻的方法。該方法包括:準備所述極低溫裝置;將制冷機的冷頭從其低溫端側插入到該極低溫裝置的冷頭插入部內,由此將該冷頭插入部內封閉,并且使設置在所述冷頭的低溫端處的制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部隔開間隙進行對置;通過所述制冷機的運轉,使氣體狀的熱傳導介質在所述間隙內凝固而形成熱連結部;以及將所述熱開關接通。
通過以上方式,由兩凹凸部以及凝固后的熱傳導介質形成的熱連結部能夠將制冷機所生成的冷能從其低溫端起通過該熱連結部而傳遞至冷頭插入部的底部。而且,傳遞至該底部后的冷能能夠經由處于接通狀態的熱開關(即處于相互接觸的狀態的插入部側熱開關元件以及被冷卻體側熱開關元件)而傳遞至被冷卻體。
另外,通過這種方式,能夠在抑制向所述被冷卻體的熱侵入的同時,將插入到冷頭插入部的冷頭從所述冷頭插入部拆卸。具體而言,在將所述熱開關設為斷開狀態(即,使所述插入部側熱開關元件與被冷卻體側熱開關元件相互分離的狀態)之后,使制冷機的運轉停止即可。由此,由凝固后的熱傳導介質形成的熱連結部升溫而氣化,從而能夠切斷至此為止進行連結的冷頭的冷卻端與冷頭插入部的底部。此時,由于所述熱開關成為斷開狀態,因此能夠有效地抑制伴隨著所述升溫的朝向被冷卻體的熱侵入。
具體而言,作為用于使所述熱開關接通斷開的機構,優選如下結構:所述冷頭插入部的筒部能夠在與所述冷頭的插入方向平行的方向上伸縮,在該筒部的收縮狀態下,使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件分離,在該筒部的伸長狀態下,使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件接觸。根據該構造,在不使被冷卻體側的構造變得復雜的前提下,能夠利用構成冷頭插入部的筒部的伸縮來實現熱開關的接通斷開切換。
此外,優選所述筒部能夠在所述冷頭的插入方向上彈性地伸縮,并且在未插入所述冷頭的狀態下,具有使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件分離的自然長度,另一方面,所述極低溫裝置具備操作力傳遞部,該操作力傳遞部分別設置在所述冷頭以及所述冷頭插入部上,伴隨著所述冷頭的插入而在與冷頭的插入方向平行方向上相互抵接,所述操作力傳遞部將施加到所述冷頭的插入方向上的操作力傳遞至所述冷頭插入部而使所述冷頭插入部的筒部伸長,由此使所述插入部側熱開關元件與所述被冷卻體側熱開關元件接觸。該構造利用所述冷頭朝向所述冷頭插入部內的插入操作,從而能夠直接將熱開關從斷開切換為接通。
而且,所述操作力傳遞部可以配置為,通過將所述操作力傳遞部彼此抵接而在所述制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部之間確保所述間隙。
另外,優選的是,所述被冷卻體側熱開關元件借助包括能夠彈性變形的編織體在內的支承體而被支承在所述被冷卻體上,所述編織體通過自身的彈性變形而允許所述被冷卻體側熱開關元件朝向靠近所述被冷卻體側的方向位移。在該情況下,通過將所述冷頭插入到所述冷頭插入部以使所述底部位移至使所述編織體發生彈性變形,由此能夠利用所述編織體的彈性力來提高熱開關元件彼此的接觸壓,從而提高它們的緊貼性。
另一方面,優選的是,所述制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部具有如下的形狀:能夠在這些凹凸部彼此之間針對與所述插入方向平行的方向以及與其正交的冷頭徑向這兩個方向而形成間隙。這種形狀能夠以凝固后的熱傳導介質作為媒介,在所述制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部之間,不僅在與冷頭的插入方向平行的方向上并且在冷頭徑向上傳遞冷能,從而能夠進一步提高熱傳導性能。
具體而言,優選的是,所述制冷機側凹凸部具有與所述插入部側凹凸部對置的制冷機側基面、以及從該制冷機側基面突出的多片制冷機側翅片,所述插入部側凹凸部包括與所述制冷機側凹凸部對置的插入部側基面、以及從該插入部側基面向所述制冷機側翅片彼此之間突出的多片插入部側翅片。
而且,在該情況下,優選的是,極低溫裝置還具備定位部,該定位部分別設置于所述冷頭以及所述冷頭插入部,伴隨著所述冷頭的插入而相互抵接,由此決定兩凹凸部的相對位置,使得在所述制冷機側凹凸部與所述插入部側凹凸部之間,針對與所述插入方向平行的方向以及與其正交的冷頭徑向這兩個方向確保間隙。該定位部僅通過向冷頭插入部內插入冷頭的作業,就能夠在所述兩凹凸部彼此之間,針對冷頭插入方向以及徑向這兩個方向確保適當的間隙。
具體而言,優選的是,在所述極低溫裝置中,作為所述定位部,具有制冷機側定位部和插入部側定位部,該制冷機側定位部與所述制冷機側翅片一并從所述冷頭的低溫端朝向所述冷頭插入部的底部突出,該插入部側定位部與所述插入部側翅片一并從所述冷頭插入部的底部朝向所述冷頭的低溫端突出,兩定位部具有相互抵接的抵接面,這些抵接面是隨著朝向所述冷頭的徑向上的內側而向所述冷頭插入部的底部側位移的朝向上的 錐面。這些抵接面伴隨著所述冷頭的插入而將所述制冷機側定位部引入所述插入部側定位部的徑向上的內側,由此能夠針對冷頭的插入方向以及徑向這兩個方向同時進行定位。
優選的是,本發明所涉及的極低溫裝置還具備密封部,該密封部設置于所述冷頭,在向所述冷頭插入部插入該冷頭時,與所述被冷卻體容器或所述冷頭插入部接觸而將該冷頭插入部內封閉。在該情況下,進一步優選的是,該極低溫裝置還具備氣體供排管,該氣體供排管用于將被所述密封部封閉后的所述冷頭插入部內的氣體置換成由所述熱傳導介質構成的氣體。
優選的是,所述極低溫裝置還具備溫度控制裝置,該溫度控制裝置在插入到所述冷頭插入部內的冷頭的運轉中,將所述熱連結形成部的溫度控制為用于將所述熱傳導介質保持為液相的溫度。使用了該溫度控制裝置的溫度控制能夠使供給至所述冷頭插入部內的熱傳導介質暫時成為液相而完全遍布在所述兩凹凸部間的間隙中。此外,之后停止該溫度控制而使所述熱傳導介質凝固,由此能夠使該熱傳導介質的凝固物可靠地介于所述間隙內。

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低溫 裝置 以及 使用 冷卻 方法
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