超低温制冷机.pdf

本发明提供一种提高超低温制冷机的制冷性能的技术。在本发明的超低温制冷机(1)中，置换器(2)具有内部空间，制冷剂气体在该内部空间中流通。缸体(4)以能够往复移动的方式容纳有置换器(2)，在所述缸体(4)与置换器(2)的底面之间形成制冷剂气体的膨胀空间(3)。在此，置换器(2)在缸体(4)内从下止点(LP)移动到上止点(UP)的期间向膨胀空间(3)供给制冷剂气体。置换器(2)在缸体(4)内从上止点(UP)移动到下止点(LP)的期间从膨胀空间(3)回收制冷剂气体。置换器(2)与膨胀空间(3)之间的流路阻力构成为置换器(2)处于下止点(LP)时比置换器(2)处于上止点(UP)时小。

权利要求书
1.  一种超低温制冷机，其特征在于，具备：
置换器，具有内部空间，制冷剂气体在该内部空间流通；及
缸体，以能够往复移动的方式容纳有所述置换器，在所述缸体与所述置换器的底面之间形成制冷剂气体的膨胀空间，
所述置换器在所述缸体内从下止点移动到上止点的期间向所述膨胀空间供给制冷剂气体，
并且所述置换器在所述缸体内从上止点移动到下止点的期间从所述膨胀空间回收制冷剂气体，
所述置换器与所述膨胀空间之间的流路阻力构成为所述置换器处于下止点时比所述置换器处于上止点时小。

2.  根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，
在所述置换器的侧壁与所述缸体的内壁之间的间隙为连结所述置换器的内部空间和所述膨胀空间的制冷剂气体的流路，
所述置换器具备向所述间隙导入制冷剂气体的排气口，
所述置换器处于下止点时的所述间隙的流路面积比所述置换器处于上止点时的流路面积大。

3.  根据权利要求2所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述超低温制冷机还具备将第1开口部与第2开口部作为两端，并设置在构成所述膨胀空间的所述缸体的侧壁上的制冷剂气体的旁通流路，
所述第1开口部设置在比所述置换器处于上止点时的所述排气口更靠下止点侧，且设置在比所述第2开口部更靠上止点侧。

4.  根据权利要求3所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述第1开口部设置在比所述置换器处于上止点时的所述置换器的底面更靠下止点侧。

5.  根据权利要求3或4所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述第1开口部设置在所述置换器处于下止点时与所述排气口对置的位置。

6.  根据权利要求3至5中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述第2开口设置在所述膨胀空间的底面高度上。

7.  根据权利要求3至6中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，还具备：
制冷剂气体的第2旁通流路，设置于所述置换器的底面，连结所述内部空间和所述膨胀空间；及
止回阀，限制制冷剂气体从所述膨胀空间通过所述第2旁通流路流向所述内部空间。

8.  一种超低温制冷机，其特征在于，具备：
置换器，具有内部空间，制冷剂气体在该内部空间流通；
缸体，以能够往复移动的方式容纳有所述置换器，在所述缸体与所述置换器的底面之间形成制冷剂气体的膨胀空间；及
间隙，设置在所述置换器的侧壁与所述缸体的内壁之间，并作为连结所述置换器的内部空间和所述膨胀空间的制冷剂气体的流路，
所述置换器在所述缸体内从下止点移动到上止点的期间向所述膨胀空间供给制冷剂气体，
并且所述置换器在所述缸体内从上止点移动到下止点的期间从所述膨胀空间回收制冷剂气体，
所述间隙构成为所述置换器在所述缸体内从下止点向上止点移动时，移动前半的流路阻力的平均值小于后半的流路阻力的平均值。

说明书超低温制冷机
本申请主张基于2014年04月02日申请的日本专利申请第2014-076422号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种使用从压缩装置供给的高压制冷剂气体并使其西蒙膨胀而产生超低温寒冷的超低温制冷机。
背景技术
作为产生超低温的制冷机的一例，已知有吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机。GM制冷机通过使置换器在缸体内往复移动而使膨胀空间的体积发生变化。并且对应该体积变化而选择性地连接膨胀空间与压缩机的吐出侧及吸气侧，从而使制冷剂气体在膨胀空间膨胀。通过此时产生的寒冷对冷却对象进行冷却。
专利文献1：日本特开2013-142479号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高超低温制冷机的制冷性能的技术。
为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的超低温制冷机具备：置换器，具有内部空间，制冷剂气体在该内部空间流通；及缸体，以能够往复移动的方式容纳有置换器，在所述缸体与置换器的底面之间形成制冷剂气体的膨胀空间。置换器在缸体内从下止点移动到上止点的期间向膨胀空间供给制冷剂气体，置换器在缸体内从上止点移动到下止点的期间从膨胀空间回收制冷剂气体，置换器与膨胀空间之间的流路阻力构成为置换器处于下止点时比置换器处于上止点时小。
本发明的另一种实施方式也是超低温制冷机。该超低温制冷机具备：置换器，具有内部空间，制冷剂气体在该内部空间流通；缸体，以能够往复移动的 方式容纳有置换器，在所述缸体与置换器的底面之间形成制冷剂气体的膨胀空间；及间隙，设置在置换器的侧壁与缸体的内壁之间，并作为连结置换器的内部空间和膨胀空间的制冷剂气体的流路。置换器在缸体内从下止点移动到上止点的期间向膨胀空间供给制冷剂气体，置换器在缸体内从上止点移动到下止点的期间从膨胀空间回收制冷剂气体，间隙构成为置换器在缸体内从下止点向上止点移动时，移动前半的流路阻力的平均值小于后半的流路阻力的平均值。
根据本发明，能够提供一种提高超低温制冷机的制冷性能的技术。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的超低温制冷机的示意图。
图2是表示在第1实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于上止点UP的情况的示意图。
图3是表示在本发明的第2实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于下止点LP的情况的示意图。
图4是表示在本发明的第2实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于上止点UP的情况的示意图。
图5是表示在本发明的第3实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于下止点LP的情况的示意图。
图6是表示在本发明的第3实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于上止点UP的情况的示意图。
图7是表示在本发明的第4实施方式所涉及的超低温制冷机中，置换器位于下止点LP的情况的示意图。
图中：1-超低温制冷机，2-置换器，2a-主体部，2b-盖部，3-膨胀空间，4-缸体，5-冷却台，7-蓄冷器，8-室温室，9-上端侧整流器，10-下端侧整流器，11-上部开口，12-压缩机，13-供给阀，14-回流阀，15-密封件，16-排气口，17-旁通流路，18-第1开口部，19-第2开口部，20-第2旁通流路，21-止回阀。
具体实施方式
以GM制冷机为代表的具备置换器的制冷机中，为了使置换器在缸体内往 复移动，在缸体与置换器之间设有间隙。在缸体的低温侧端部设有冷却台，该间隙的一部分作为在间隙内的制冷剂气体与冷却台之间进行换热的换热器发挥作用。
通常在这些制冷机中，在膨胀空间膨胀的制冷剂气体通过间隙从膨胀空间排出时，制冷剂气体与冷却台进行换热。另一方面，随着对冷却台进行冷却，供给至膨胀空间的制冷剂气体变得不是低温。因此，向膨胀空间供给制冷剂气体时，尽管制冷剂气体并不对制冷发挥作用，也通过流路阻力较大的间隙。这是制冷机的压力损失的原因之一，进而成为使制冷机的制冷性能下降的原因。因此，本发明的一种实施方式所涉及的制冷机构成为，置换器与膨胀空间之间的流路阻力在置换器处于下止点LP时比置换器处于上止点UP时小。
下面，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的超低温制冷机1的示意图。第1实施方式所涉及的超低温制冷机1例如为将氦气用作制冷剂气体的吉福德-麦克马洪式制冷机。超低温制冷机1具备：置换器2、在与置换器2之间形成有膨胀空间3的缸体4、及与膨胀空间3相邻且以从外侧包围该膨胀空间的方式存在的有底圆筒状的冷却台5。冷却台5作为在冷却对象与制冷剂气体之间的进行换热的换热器发挥作用。置换器2包括主体部2a及在低温端的盖部2b。盖部2b可由与主体部2a相同的部件构成。并且，盖部2b也可由导热系数高于主体部2a的材质制成。如此一来，盖部2b还作为在与流经盖部2b内的制冷剂气体之间进行换热的导热部发挥作用。盖部2b例如使用铜、铝、不锈钢等导热系数至少大于主体部2a的材料。冷却台5例如由铜、铝、不锈钢等制成。
压缩机12从吸气侧回收低压制冷剂气体，并将其压缩之后向超低温制冷机1供给高压制冷剂气体。作为制冷剂气体例如可以使用氦气，但并不限定于此。
缸体4将置换器2容纳成能够沿长度方向往复移动。从强度、导热系数、氦隔离能力等观点考虑，缸体4例如使用不锈钢。
在置换器2的高温端设有往复驱动置换器2的未图示的止转棒轭机构，置换器2沿着缸体4的轴向往复移动。
置换器2具有圆筒状的外周面，在置换器2的内部填充有蓄冷材料。该置换器2的内部空间构成蓄冷器7。在蓄冷器7的上端侧及下端侧分别设有对氦气的流动进行整流的上端侧整流器9及下端侧整流器10。
在置换器2的高温端形成有使制冷剂气体从室温室8流向置换器2的上部开口11。室温室8为由缸体4和置换器2的高温端形成的空间，其容积随着置换器2的往复移动而发生变化。
室温室8上连接有将由压缩机12、供给阀13、回流阀14构成的吸排气系统相互连接的配管中的供排气共用配管。并且，在置换器2的偏靠高温端的部分与缸体4之间安装有密封件15。
在置换器2的低温端形成有向膨胀空间3导入制冷剂气体的制冷剂气体的排气口16。并且，在置换器2的外壁与缸体4的内壁之间设有作为连结置换器2的内部空间和膨胀空间3的制冷剂气体的流路的间隙C。
膨胀空间3为由缸体4和置换器2形成的空间，其容积随着置换器2的往复移动而发生变化。在缸体4的外周及底部的与膨胀空间3相对应的位置配置有与冷却对象热连接的冷却台5。制冷剂气体通过制冷剂气体的排气口16及间隙C流入并供给至膨胀空间3。
从比重、强度、导热系数等观点考虑，置换器2的主体部2a例如使用酚醛树脂等。蓄冷材料例如由金属丝网等构成。另外，图1中示出超低温制冷机1运行中的状态。因此，由于主体部2a因低温而稍微收缩而成为外径与盖部2b的外径相同的状态，但在常温下，盖部2b的外径稍微小于主体部2a的外径。
接着，对超低温制冷机1的动作进行说明。在制冷剂气体的供给工序的某一时间点，如图1所示，置换器2位于缸体4的下止点LP。若与此同时或者稍微错开的时刻打开供给阀13，则高压制冷剂气体经由供给阀13从供排气共用配管供给至缸体4内。其结果，高压制冷剂气体从位于置换器2上部的上部开口11流入置换器2内部的蓄冷器7中。流入到蓄冷器7中的高压制冷剂气体被蓄冷材料冷却的同时经由位于置换器2下部的制冷剂气体的排气口16及间隙C供给至膨胀空间3。
若膨胀空间3被高压制冷剂气体充满，则供给阀13被关闭。此时，置换器2位于缸体4内的上止点UP。图2是表示在第1实施方式所涉及的超低温制 冷机1中，置换器2位于上止点UP的情况的示意图。若置换器2位于缸体4内的上止点UP的同时或者在稍微错开的时刻打开回流阀14，则膨胀空间3的制冷剂气体被减压而膨胀。通过膨胀成为低温的膨胀空间3中的制冷剂气体吸收冷却台5的热量。
置换器2朝向下止点LP移动，从而膨胀空间3的容积减小。膨胀空间3内的制冷剂气体通过制冷剂气体的排气口16及间隙C回收到置换器2内。此时，制冷剂气体也吸收冷却台5的热量。从膨胀空间3返回到蓄冷器7的制冷剂气体还对蓄冷器7内的蓄冷材料进行冷却。回收到置换器2的制冷剂气体还经由蓄冷器7、上部开口11返回到压缩机12的吸气侧。将以上的工序作为1个循环，超低温制冷机1重复进行该冷却循环，由此对冷却台5进行冷却。
在第1实施方式所涉及的超低温制冷机1及置换器2中，从冷却台5进入的热量经由膨胀空间3中存在的制冷剂气体进入至盖部2b。即，在膨胀空间3中产生的低温制冷剂气体通过制冷剂气体的排气口16时，在制冷剂气体与盖部2b之间进行换热。
并且，进入到盖部2b的热量进一步在盖部2b内部朝向膨胀空间3传递。如上所述，在置换器2的低温端具备盖部2b。因此，盖部2b与膨胀空间3内的低温制冷剂气体接触，从而能够进一步提高冷却台5与制冷剂气体之间的换热效率。
另外，有时还可以由例如酚醛树脂等制成置换器2的盖部2b。然而，与由导热系数高于主体部2a的材质制成盖部2b的实施方式所涉及的超低温制冷机1相比，制冷剂气体与盖部之间的换热减少，基本上不进行换热。因此，仅在膨胀空间3中产生的低温制冷剂气体与冷却台5之间进行换热，冷却效率下降。因此，置换器2的盖部优选由导热系数高于主体部2a的材质制成盖部2b。
如以上说明，在第1实施方式所涉及的超低温制冷机1中，置换器2在缸体4内往复移动，从而使膨胀空间3内的制冷剂气体膨胀而产生寒冷。如图1所示，为了使置换器2往复移动，在缸体4与置换器2之间设有间隙C。间隙C中与冷却台5相邻的部分作为在冷却台5与间隙C内的制冷剂气体之间进行换热的换热器发挥作用。
接着，对第1实施方式所涉及的超低温制冷机1中的置换器2与膨胀空间 3之间的流路阻力进行说明。
如上所述，置换器2在缸体4内从上止点UP移动到下止点LP的期间从膨胀空间3回收制冷剂气体。并且，置换器2在缸体4内从下止点LP移动到上止点UP的期间向膨胀空间3供给制冷剂气体。
置换器2从膨胀空间3回收制冷剂气体时，膨胀空间3内的制冷剂气体通过膨胀而成为比冷却台5更低的温度。制冷剂气体通过间隙C及制冷剂气体的排气口16从膨胀空间3到达置换器2，在此期间冷却冷却台5。
置换器2向膨胀空间3供给制冷剂气体时，制冷剂气体被蓄冷器7的蓄冷材料冷却。然而，置换器2向膨胀空间3供给的制冷剂气体的温度比从膨胀空间3回收时的制冷剂气体的温度更高。因此，有可能对冷却台5的冷却基本上不起作用。当置换器2向膨胀空间3供给的制冷剂气体的温度高于冷却台5的温度时，制冷剂气体可能会对冷却台5施以热量。
通常，若使制冷剂气体的流速变快，则制冷剂气体与冷却台5之间的换热效率得以提高。由于压缩机12所供给的制冷剂气体的供给量恒定，因此制冷剂气体的流速随着间隙C的流路面积变窄而变快。因此，制冷剂气体从膨胀空间3返回至置换器2时，间隙C的流路面积更小制冷剂气体的流速更快，因此换热效率会提高。尤其，在置换器2从上止点UP移动到下止点LP的制冷剂气体的回收工序中，从膨胀空间3排出的制冷剂气体的大部分在回收工序的前半流入到置换器2。因此，尤其优选提高制冷剂气体的回收工序的前半(置换器2处于靠近上止点UP的位置时)的换热效率。另一方面，制冷剂气体从置换器2流入膨胀空间3时，为了减少压力损失，优选间隙C的流路阻力较小。
因此，如图1及图2所示，第1实施方式所涉及的超低温制冷机1中，置换器2处于下止点LP时比置换器2处于上止点UP时置换器2的侧壁与缸体4的内壁之间的间隙C设为更大。其结果，置换器2处于下止点LP时的间隙C的流路面积比置换器2处于上止点UP时的间隙C的流路面积大。由于间隙C的流路面积越小流路阻力越大，因此置换器2处于下止点LP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力比置换器2处于上止点UP时的流路阻力小。另外，在制冷剂气体的回收工序的后半(置换器2处于靠近下止点LP的位置时)，制冷剂气体也从膨胀空间3排出。然而，在回收工序的后半从膨胀空间3排出的制冷剂气体的量比在回收工序的前半从膨胀空间3排出的制冷剂气体 的量少。因此，在回收工序的后半即使换热效率下降，对制冷性能的影响也较轻微。
另一方面，从置换器2供给至膨胀空间3的制冷剂气体的大部分在供给工序的前半(置换器2处于靠近下止点LP的位置时)供给至膨胀空间3。因此，为了抑制压力损失，优选减小供给工序的前半的间隙C的流路阻力。即，通过将回收工序的前半的间隙C的流路阻力的平均值设为比后半的流路阻力的平均值大，能够抑制因压力损失产生的制冷能力的下降，且能够提高与冷却台5之间的换热效率。
如上所述，第1实施方式所涉及的超低温制冷机1中，在制冷剂气体的回收工序的前半制冷剂气体对冷却台5进行冷却时制冷剂气体通过间隙C时的流速变快，换热器的换热效率得以提升。并且，由于制冷剂气体供给至膨胀空间3时的流路阻力较小，因此能够抑制压力损失。根据第1实施方式所涉及的超低温制冷机1，换热器的换热效率得以提升且抑制了压力损失，因此能够提高制冷性能。
(第2实施方式)
下面，对第2实施方式所涉及的超低温制冷机1进行说明。与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1相同，第2实施方式所涉及的超低温制冷机1也构成为，置换器2处于下止点LP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力比置换器2处于上止点UP时的流路阻力小。以下，适当省略或简化与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1重复的记载而进行说明。
图3是表示本发明的第2实施方式所涉及的超低温制冷机1的模式图，并且表示置换器2位于下止点LP的情况的图。如图3所示，第2实施方式所涉及的超低温制冷机1在构成膨胀空间3的缸体4的侧壁(即冷却台5的侧壁)中具备旁通流路17。旁通流路17为将第1开口部18和第2开口部19作为两端的流路。在此第1开口部18设置在比第2开口部19更靠近上止点UP侧。
如图3所示，置换器2处于下止点LP时在与排气口16对置的位置具备第1开口部18。由此，制冷剂气体从置换器2供给至膨胀空间3时，大部分制冷剂气体从第1开口部18流入旁通流路17。流入旁通流路17的制冷剂气体从第2开口部19流入膨胀空间3。并且制冷剂气体的一部分与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1相同，通过间隙C流入膨胀空间3。
如此，第2实施方式所涉及的超低温制冷机1中，制冷剂气体从置换器2供给至膨胀空间3时，从置换器2至膨胀空间3为止的流路存在间隙C与旁通流路17这两个系统。因此，与从置换器2至膨胀空间3为止的流路仅为间隙C时相比，置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力变小。另外，优选使旁通流路17的流路面积大于间隙C的流路面积以使置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力变得更小。
图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的超低温制冷机1的模式图，并且表示置换器2位于上止点UP的情况的图。如图4所示，置换器2处于上止点UP时，第1开口部18设置在比制冷剂气体的排气口16更靠下止点LP侧。
如上所述，置换器2处于上止点UP时，制冷剂气体对冷却台5进行冷却的同时从膨胀空间3被回收到置换器2。此时，从膨胀空间3至置换器2为止的制冷剂气体的流路仅为间隙C。因此，置换器2处于上止点UP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力比置换器2处于下止点LP时的流路阻力大。其结果，制冷剂气体从膨胀空间3回收到置换器2时通过间隙C时的流速变快，冷却台5的冷却效率得以提升。
从增大制冷剂气体从膨胀空间3回收到置换器2的期间的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力的观点来看，优选置换器2处于上止点UP时，第1开口部18与制冷剂气体的排气口16的距离更长。因此，如图4所示，置换器2处于上止点UP时，第1开口部18可以设置在比作为置换器2的底面的盖部2b更靠下止点LP侧。
此时，如图3所示，更优选置换器2处于下止点LP时第1开口部18还设置在与排气口16对置的位置。这可以通过将制冷剂气体的排气口16至置换器2的底面的距离设为小于置换器2的行程长度而实现。由此，在制冷剂气体从膨胀空间3返回到置换器2的期间能够使置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力增大。另外，在置换器2到达下止点LP而从置换器2向膨胀空间3开始供给制冷剂气体时，能够减小置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力。
另外，如图3及图4所示，在膨胀空间3的底面高度(即下止点LP的高度)上设有第2开口部19。若从置换器2向膨胀空间3开始供给制冷剂气体，则置换器2从下止点LP向上止点UP移动。因此，与第2开口部19对置的置换器2的盖部2b在开始供给制冷剂气体后立即向比第2开口部19更靠上止点 侧移动。
在此，第2开口部19为供给制冷剂气体时的旁通流路17的出口。因此，与第2开口部19对置的盖部2b在开始供给制冷剂气体后立即消失，这意味着旁通流路17的出口附近的流路阻力变小。由此，能够使供给制冷剂气体时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力减小。
如上所述，第2实施方式所涉及的超低温制冷机1中，在制冷剂气体的回收工序前半的制冷剂气体的流速变快，换热器的换热效率得以提升。并且，由于制冷剂气体通过旁通流路17流入膨胀空间3，因此在制冷剂气体的供给工序前半的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力变小，能够抑制压力损失。根据第2实施方式所涉及的超低温制冷机1，换热器的换热效率得以提升且抑制了压力损失，因此能够提高制冷性能。
(第3实施方式)
下面，对第3实施方式所涉及的超低温制冷机1进行说明。与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1和第2实施方式所涉及的超低温制冷机1相同，第3实施方式所涉及的超低温制冷机1也构成为置换器2处于下止点LP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力比置换器2处于上止点UP时的流路阻力小。以下，适当省略或简化与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1或第2实施方式所涉及的超低温制冷机1重复的记载而进行说明。
图5是表示本发明的第3实施方式所涉及的超低温制冷机1的模式图，并且表示置换器2位于下止点LP的情况的图。如图5所示，第3实施方式所涉及的超低温制冷机1具备设置在作为置换器2底面的盖部2b的第2旁通流路20。第2旁通流路20为连结置换器2的内部空间(即，蓄冷器7)和膨胀空间3的制冷剂气体的流路。
置换器2处于下止点LP时，从置换器2向膨胀空间3开始供给制冷剂气体。此时，用于从置换器2向膨胀空间3供给制冷剂气体的路径中，存在通过制冷剂气体的排气口16和间隙C的路径及通过第2旁通流路20的路径这两个系统的路径。因此，与从置换器2至膨胀空间3为止的流路仅为间隙C时相比，置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力减小。
在第2旁通流路20中或第2旁通流路的膨胀空间3侧的端部设有止回阀21。止回阀21限制制冷剂气体通过第2旁通流路20从膨胀空间3流向置换器 2。即，第2旁通流路20为从置换器2向膨胀空间3单向通行的流路。
图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的超低温制冷机1的模式图，并且表示置换器2位于上止点UP的情况的图。如上所述，置换器2处于上止点UP时，膨胀空间3的制冷剂气体被回收到置换器2。此时，由于止回阀21限制制冷剂气体通过第2旁通流路20从膨胀空间3流向置换器2，因此制冷剂气体从膨胀空间3至置换器2为止的路径仅为通过间隙C及制冷剂气体的排气口16的路径。其结果，置换器2处于上止点UP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力比置换器2处于下止点LP时的流路阻力大。其结果，制冷剂气体从膨胀空间3返回至置换器2时的流速变快，制冷剂气体与冷却台5之间的冷却效率得以提升。
如上所述，第3实施方式所涉及的超低温制冷机1中，在制冷剂气体的回收工序的前半制冷剂气体对冷却台5进行冷却时，制冷剂气体仅通过间隙C。因此，在制冷剂气体的回收工序前半的制冷剂气体的流速变快，换热器的换热效率得以提升。并且，在制冷剂气体的供给工序的前半，制冷剂气体通过第2旁通流路20和间隙C这两个路径流入到膨胀空间3。因此，在制冷剂气体的供给工序前半的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力减小，抑制了压力损失。由此，根据第3实施方式所涉及的超低温制冷机1，换热器的换热效率得以提升且抑制了压力损失，因此能够提高制冷性能。
(第4实施方式)
下面，对第4实施方式所涉及的超低温制冷机1进行说明。以下，适当省略或简化与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1、第2实施方式所涉及的超低温制冷机1或第3实施方式所涉及的超低温制冷机1重复的记载而进行说明。
与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1、第2实施方式所涉及的超低温制冷机1及第3实施方式所涉及的超低温制冷机1相同，第4实施方式所涉及的超低温制冷机1也构成为置换器2处于下止点LP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力比置换器2处于上止点UP时的流路阻力小。以下，适当省略或简化与第1实施方式所涉及的超低温制冷机1、第2实施方式所涉及的超低温制冷机1或第3实施方式所涉及的超低温制冷机1重复的记载而进行说明。
图7是表示本发明的第4实施方式所涉及的超低温制冷机1的模式图，并 且表示置换器2位于下止点LP的情况的图。如图7所示，在第4实施方式所涉及的超低温制冷机1中，置换器2处于下止点LP时，在制冷剂气体的排气口16的位置处的间隙C的流路面积变得最宽。并且，制冷剂气体的排气口16的位置处的间隙C的流路面积在置换器2处于上止点UP时变得最窄。并且，第4实施方式所涉及的超低温制冷机1中，间隙C的流路面积构成为从最宽处至最窄处连续减小。
如此，对第4实施方式所涉及的超低温制冷机1的间隙C而言，在置换器2在缸体4内从下止点LP向上止点UP移动时，移动前半的流路阻力的平均值比移动后半的流路阻力的平均值小。其中，“移动前半”是指置换器2从下止点LP向上止点UP，或从上止点UP向下止点LP移动时的前半部分的移动。同样，“移动后半”是指置换器2从下止点LP向上止点UP，或从上止点UP向下止点LP移动时的后半部分的移动。
第4实施方式所涉及的超低温制冷机1中，在制冷剂气体的供给工序中置换器2从下止点LP向上止点UP移动时，间隙C的流路阻力较小，抑制了压力损失。另一方面，制冷剂气体对冷却台5进行冷却时，即在制冷剂气体的回收工序中制冷剂气体的流速变快，换热器的换热效率得以提升。如此，根据第4实施方式所涉及的超低温制冷机1，换热器的换热效率得以提升且抑制了压力损失，因此能够提高制冷性能。
如上所述，根据实施方式所涉及的超低温制冷机1能够降低换热器中的压力损失。
以上，根据几个实施方式对本发明进行了说明，但这些实施方式仅示出本发明的原理、应用。通过将这些实施方式任意组合而产生的新的实施方式也包含在本发明中。例如能够将第3实施方式所涉及的第2旁通流路20及止回阀21组合到第1实施方式所涉及的超低温制冷机1或第2实施方式所涉及的超低温制冷机1中。
并且，对于上述实施方式而言，在不脱离权利要求中规定的本发明思想的范围内可以有多种变形例或配置的变更。
例如，在上述超低温制冷机中，示出了级数为1级的情况，但该级数能够适当地选定为2级以上等。并且，在实施方式中，对超低温制冷机为GM制冷机的例子进行了说明，但并不限于此。例如，本发明也能够适用于斯特林制冷 机、苏尔威制冷机等具备置换器的任何制冷机。
上述各实施方式所涉及的超低温制冷机1均构成为置换器2处于下止点LP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力比置换器2处于上止点UP时的流路阻力小。此外，置换器2处于下止点LP时的置换器2与膨胀空间3之间的流路阻力和置换器2处于上止点时的流路阻力可以是相同大小。此时，可以设为置换器2在缸体4内从下止点向上止点移动时移动前半的间隙C的流路阻力的平均值小于后半的流路阻力的平均值。
例如，置换器2处于下止点LP时，制冷剂气体的排气口16的位置处的间隙C的流路面积设为与置换器2处于上止点UP时的流路面积没有变化。此时，通过置换器2从下止点LP向上止点UP移动，而使在制冷剂气体的排气口16的位置处的间隙C的流路面积比置换器2处于下止点LP时的流路面积宽即可。由此，置换器2在缸体4内从下止点LP向上止点UP移动时，移动前半的间隙C的流路阻力的平均值变得比移动后半的流路阻力的平均值小。
通过上述结构，制冷剂气体从置换器2流入膨胀空间3时，即在制冷剂气体的供给工序中，在其前半的间隙的流路阻力较小，抑制了压力损失。另一方面，制冷剂气体对冷却台5进行冷却时，即在制冷剂气体的回收工序中，在其前半流过间隙C的制冷剂气体的流速变快，换热器的换热效率得以提升。如此，根据第4实施方式所涉及的超低温制冷机1，换热器的换热效率得以提升且抑制了压力损失，因此能够提高制冷性能。