專利名稱：脈沖管制冷機(jī)及應(yīng)用此制冷機(jī)的低溫泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與可靠性高的脈沖管制冷機(jī)及應(yīng)用此制冷機(jī)的低溫泵相關(guān)，該脈沖管制冷機(jī)可不需使用如加熱器等附加機(jī)構(gòu)，而可維持脈沖管制冷機(jī)的冷卻溫度。
背景技術(shù)：
一般而言，低溫泵通過將氣體分子吸附于安裝于制冷機(jī)冷端部(cold head)的吸附面板，而達(dá)到高真空的效果。而在此低溫泵中，在將氣體分子吸附于吸附面板時(shí)，必須將吸附面板的冷卻溫度維持于一定范圍。
例如，于水分專用的低溫泵中，吸附面板3(參考

圖1)的冷卻溫度必須維持于約110K的范圍。圖1為水分專用低溫泵的概略構(gòu)造。圖中，1為GM制冷機(jī)，2為冷端部，3為安裝于冷端部2的吸附面板，4為在使用狀態(tài)下成為真空的空間，5為安裝邊。
目前，低溫泵的冷卻主要是使用以氦氣(單質(zhì)氣體)作為工作氣體的GM制冷機(jī)，然而一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，吸附面板3的溫度過度下降至110K以下(有時(shí)下降至30～40K)，使得偏離原本僅結(jié)冰除去水分的目的，而使其他氣體成分亦結(jié)冰。因此，在水分專用低溫泵中，為了維持溫度，將加熱器及溫度計(jì)(皆無圖示)裝于冷端部2上，通過調(diào)節(jié)加熱器的溫度，而維持吸附面板3的溫度。
然而，于如此構(gòu)造中，因?yàn)榧訜崞鞯呐渚€由真空空間4伸出至大氣中，故密封施工復(fù)雜，且泄漏危險(xiǎn)性高。又，為了跟隨熱負(fù)荷量的變化(例如，當(dāng)吸附面板3附著過多水分或真空度下降，而使吸附面板3的溫度上升，必須調(diào)節(jié)加熱器的溫度)，必須具備溫度控制器，故機(jī)構(gòu)變復(fù)雜，且價(jià)格升高。
又，在特開平6～73542號(hào)公報(bào)中，揭示一種吸附面板3的溫度控制機(jī)構(gòu)，其設(shè)有熱交換器；將此熱交換器連結(jié)于吸附面板3的連結(jié)部；將氦氣等冷卻媒體輸送至該熱交換器的輸送機(jī)構(gòu)；及該冷卻媒體的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。然而，于如此構(gòu)造中，機(jī)構(gòu)變復(fù)雜，且價(jià)格升高。
有鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖管制冷機(jī)及應(yīng)用此制冷機(jī)的低溫泵，該脈沖管制冷機(jī)不需使用加熱器等，而可維持冷卻溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第1要點(diǎn)為提供一種脈沖管制冷機(jī)，其可使用液化溫度在脈沖管制冷機(jī)的使用溫度范圍內(nèi)的氣體，作為工作氣體，而本發(fā)明的第2要點(diǎn)為提供一種可應(yīng)用此制冷機(jī)的低溫泵。
亦即，本發(fā)明的脈沖管制冷機(jī)，其使用液化溫度在脈沖管制冷機(jī)的使用溫度范圍內(nèi)的氣體，作為工作氣體。因此，脈沖管制冷機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，工作氣體在不低于其液化溫度的脈沖管制冷機(jī)的使用溫度范圍，且于該使用溫度范圍內(nèi)略維持一定。如此，當(dāng)工作氣體冷卻至該液化溫度，即使有來自外部的熱負(fù)荷，冷端部的溫度幾乎不會(huì)改變。但是，若由于來自外部的熱負(fù)荷，而使熱侵入量增加時(shí)，因冷端部的溫度急劇上升，故必須將即使有來自外部的熱負(fù)荷，冷端部的溫度亦幾乎不會(huì)改變的溫度范圍，設(shè)為工作氣體的設(shè)定溫度。又，此溫度范圍，可通過使用多種氣體的混合氣體作為工作氣體，而可做某種程度的調(diào)節(jié)。
更進(jìn)一步而言，當(dāng)使用高液化溫度的氦以外的氣體(如氮?dú)獾?作為工作氣體的脈沖管制冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，工作氣體于脈沖管制冷機(jī)的低溫側(cè)液化。然而，因?yàn)樵诿}沖管制冷機(jī)中，工作氣體會(huì)產(chǎn)生壓縮、膨脹或移動(dòng)(低溫側(cè)←→高溫側(cè))，液化的工作氣體會(huì)超過沸點(diǎn)以上部分，或因?yàn)闇p壓時(shí)的膨脹，而使沸點(diǎn)下降。因此，液化的動(dòng)作氣體無法固化而再次氣化。如此，因?yàn)楣ぷ鳉怏w在1循環(huán)中，重復(fù)液化及氣化，故動(dòng)作氣體不會(huì)阻塞通路，而于作為脈沖管制冷機(jī)而工作時(shí)，脈沖管制冷機(jī)的冷端部的溫度，可維持為工作氣體的液化溫度(＝沸點(diǎn))附近的溫度。又，當(dāng)冷端部的熱負(fù)荷增加(或減少)時(shí)，雖然于1循環(huán)中所液化的量減少(或增加)，然而冷端部的溫度仍維持為工作氣體的液化溫度附近。即使熱侵入量增加，在動(dòng)作氣體液化期間，冷端部的溫度仍維持為工作氣體的液化溫度附近(參考圖2)。
如上所述，本發(fā)明的脈沖管制冷機(jī)，因不必如現(xiàn)有技術(shù)般使用加熱器等調(diào)節(jié)溫度，而自動(dòng)地維持冷卻溫度，故不需使用加熱器等電氣能源，可減少能源消耗。而且，因?yàn)椴恍杓訜崞鞯目刂茩C(jī)構(gòu)，故裝置單純，可減少故障頻度，并且降低裝置價(jià)格。此外，因無至真空空間的配線，故不需進(jìn)行密封施工，且亦無真空泄漏的危險(xiǎn)。又，本發(fā)明的低溫泵，因?yàn)閼?yīng)用上述的脈沖管制冷機(jī)，故可達(dá)到如上所述的優(yōu)良效果。
本發(fā)明的工作氣體，系使用氮?dú)狻宓雀鞣N單質(zhì)氣體。此外，亦可使用在這些單質(zhì)氣體中混合氦氣等所成的混合氣體或空氣。又，當(dāng)確定脈沖管制冷機(jī)的使用溫度范圍時(shí)，可以在此使用溫度范圍內(nèi)的液化溫度為基礎(chǔ)，選擇單質(zhì)氣體的種類、或調(diào)整混合比的混合氣體。
附圖簡(jiǎn)述圖1為本發(fā)明的低溫泵的剖面圖。
圖2為對(duì)冷端部的熱負(fù)荷及冷端部溫度關(guān)系的示意圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形式其次，說明本發(fā)明的低溫泵一實(shí)施形態(tài)。在此實(shí)施形態(tài)中，圖1的低溫泵中，不使用GM制冷機(jī)，而使用以氮?dú)?單質(zhì)氣體)作為工作氣體的脈沖管制冷機(jī)。又，在冷端部2不安裝加熱器及溫度計(jì)，亦未設(shè)置溫度控制器。因此，也無加熱器的配線。除此外的部分，則與圖1所示的實(shí)施形態(tài)相同。
在此實(shí)施形態(tài)中，因?yàn)椴皇褂眉訜崞鞯?，故除了可減少能源消耗外，且故障頻度減少，裝置價(jià)格降低。而且，因?yàn)闊o加熱器的配線，故無真空泄漏的危險(xiǎn)性。
在與上述實(shí)施形態(tài)相同的低溫泵中，填充絕對(duì)壓力為18.0kgf/cm2的氮?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖管制冷機(jī)時(shí)，通過安裝于冷端部的加熱器(此系為了實(shí)驗(yàn)而安裝，以施加熱負(fù)荷)，而調(diào)查施加熱負(fù)荷時(shí)的冷端部的溫度變化。其結(jié)果如圖2所示(測(cè)量結(jié)果以黑圈顯示)。由圖2可知，可達(dá)到因工作氣體液化而產(chǎn)生的溫度維持效果，于熱負(fù)荷為0～60W間，可將冷卻溫度維持于112～115K的范圍。又，氮?dú)庥?6.4kgf/cm2時(shí)的液化溫度為112k。
在與上述實(shí)施形態(tài)相同的低溫泵中，填充氮?dú)獾姆謮簽?4.4kgf/cm2而氦氣為3.6kgf/cm2的混合氣體，作為工作氣體，與實(shí)施例1相同運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖管制冷機(jī)，通過安裝于冷端部的加熱器(此系為了實(shí)驗(yàn)而安裝，以施加熱負(fù)荷)，而調(diào)查施加熱負(fù)荷時(shí)的冷端部的溫度變化。其結(jié)果如圖2所示(測(cè)量結(jié)果以白圈顯示)。由圖2可知，可達(dá)到因工作氣體液化而產(chǎn)生的溫度維持效果，于熱負(fù)荷為0～60W間，可將冷卻溫度維持于99～110k的范圍。在實(shí)施例2中，氮與氦二種成分達(dá)成氣液平衡，故與實(shí)施例1相比，其可達(dá)到的溫度降低。又，氮?dú)庥?4.7kgf/cm2時(shí)的液化溫度為110k。
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的脈沖管制冷機(jī)，不僅可用于水分專用的低溫泵(如包含HELIXTECHNOLOGY所制的Waterpumps(產(chǎn)品名))或各種低溫泵，亦可使用于冷凝管等。又，本發(fā)明的低溫泵，可使用于半導(dǎo)體制造用真空裝置、光磁氣記錄媒體制造用真空裝置等的各種吸真空裝置等。
權(quán)利要求
1.一種脈沖管制冷機(jī)，其使用液化溫度在脈沖管制冷機(jī)的使用溫度范圍內(nèi)的氣體作為工作氣體。
2.權(quán)利要求1的脈沖管制冷機(jī)，其中，工作氣體為單質(zhì)氣體或混合氣體。
3.權(quán)利要求1或2的脈沖管制冷機(jī)，其中，工作氣體為氮?dú)狻?br> 4.一種低溫泵，其應(yīng)用權(quán)利要求1的脈沖管制冷機(jī)。
5.權(quán)利要求4的低溫泵，其中，應(yīng)用于脈沖管制冷機(jī)的工作氣體為氮?dú)饣蚝獨(dú)獾幕旌蠚怏w。
全文摘要
一種脈沖管制冷機(jī),其不需使用加熱器等,而可維持冷卻溫度。此脈沖管制冷機(jī)使用液化溫度在脈沖管制冷機(jī)使用溫度范圍內(nèi)的氣體,作為工作氣體。
文檔編號(hào)F04B37/00GK1272914SQ99800910
公開日2000年11月8日 申請(qǐng)日期1999年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月12日
發(fā)明者宮本篤, 垣見康浩, 國谷晉吾, 伊藤大介 申請(qǐng)人:大同北產(chǎn)株式會(huì)社