超低温制冷机及热量计的制作方法

1.本发明涉及一种组装有热量计的超低温制冷机及具备该超低温制冷机的超低温装置。并且，本发明涉及一种设置于从超低温制冷机至被冷却物的传热路径上的热量计及具备该热量计的超低温装置。


背景技术：

2.超低温制冷机例如用于冷却超导线圈等超导设备、在超低温环境下动作的其他设备及用于冷却这些设备的超低温制冷剂等各种被冷却物。超低温制冷机具有冷却台，该冷却台与被冷却物热连接从而冷却该被冷却物，并且可以将冷却台与被冷却物一同配置于还被称为低温恒温器的绝热真空容器中而使用。进行动作时，监视超低温制冷机或被冷却物的温度，并在该温度上升并超过了基准的情况下，视为产生了某种异常。
3.以往技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2012-209381号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的技术课题
7.作为超低温装置中的冷却不良的原因之一，可想到经时老化。在长期运行超低温装置时，例如，冷却温度会因超低温制冷机的制冷能力的逐渐下降或低温恒温器逐渐老化导致绝热性能变得不够充分而趋于逐渐上升。基于温度上升的异常检测仅表示超低温装置的某处产生了异常，并不能确定其原因。例如，无法立即知晓产生了异常的是超低温制冷机还是低温恒温器。为了采取消除异常的措施，需要进行进一步检查，因而修复需要花费时间。
8.本发明的一种实施方式的例示目的之一在于，有效地应对超低温装置的冷却不良或其征兆。
9.用于解决技术课题的手段
10.根据本发明的一种实施方式，超低温制冷机具备：冷却台，具有分开配置的低温侧传热部件及高温侧传热部件、以及热阻部件，该热阻部件连接低温侧传热部件和高温侧传热部件，低温侧传热部件经由所述热阻部件与高温侧传热部件热接触；低温侧温度传感器，安装于低温侧传热部件上，测定低温侧传热部件的温度；及高温侧温度传感器，安装于高温侧传热部件上，测定高温侧传热部件的温度。
11.根据本发明的一种实施方式，超低温制冷机具备冷却台，该冷却台具有分开配置的低温侧传热部件及高温侧传热部件、以及热阻部件，该热阻部件连接低温侧传热部件和高温侧传热部件，低温侧传热部件经由所述热阻部件与高温侧传热部件热接触，低温侧传热部件上设置有低温侧温度传感器安装部，高温侧传热部件上设置有高温侧温度传感器安装部。
12.根据本发明的一种实施方式，提供一种热量计，其设置于从超低温制冷机至被冷却物的传热路径上。热量计具备：低温侧传热部件，在传热路径上设置于超低温制冷机侧；高温侧传热部件，在传热路径上设置于被冷却侧，并且与低温侧传热部件分开配置；热阻部件，以夹在低温侧传热部件与高温侧传热部件之间的状态配置，并且低温侧传热部件经由所述热阻部件与高温侧传热部件热接触；低温侧温度传感器，安装于低温侧传热部件上，测定低温侧传热部件的温度；及高温侧温度传感器，安装于高温侧传热部件上，测定高温侧传热部件的温度。
13.发明效果
14.根据本发明，能够有效地应对超低温装置的冷却不良或其征兆。
附图说明
15.图1是示意地表示实施方式所涉及的超低温装置的图。
16.图2是示意地表示实施方式所涉及的热量计的局部切除立体图。
17.图3是表示实施方式所涉及的超低温装置的诊断方法的流程图。
18.图4是表示热流阈值和温度阈值的一例。
19.图5是示意地表示实施方式所涉及的热量计的另一例的局部立体图。
20.图6是示意地表示实施方式所涉及的热量计的图。
21.图7表示热阻部件的一例。
具体实施方式
22.以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。在以下说明及附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。为了便于说明，在各附图中，适当地设定了各部的缩尺和形状，除非有特别说明，其并不作限定性解释。实施方式为示例，其并不对本发明的范围作任何限定。实施方式中记载的所有特征及其组合并非一定是发明的本质。
23.图1是示意地表示实施方式所涉及的超低温装置10的图。超低温装置10构成为，将作为被冷却物的一例的超导线圈12从室温冷却至超低温，并且在使用超导线圈12时将超导线圈12维持在超低温。
24.超导线圈12例如可以作为单晶拉制装置、nmr系统、mri系统、回旋加速器等加速器、核聚变系统等高能物理系统或其他强磁场利用设备(未图示)的磁场源而搭载于强磁场利用设备上，从而产生该设备所需的强磁场。超导线圈12构成为，通过在冷却至超导转变温度以下的超低温的状态下对超导线圈12通电来产生强磁场。
25.超低温装置10具备超低温制冷机20、真空容器30及辐射热屏蔽罩40。在该实施方式中，超低温装置10构成为利用超低温制冷机20直接冷却超导线圈12的传导冷却式而不是将超导线圈12浸渍于液氦等超低温液体制冷剂中而进行冷却的浸渍冷却式。超低温制冷机20与超导线圈12热连接从而利用传导冷却来冷却超导线圈12。另外，在图1中，作为例子示出了一台超低温制冷机20，但是，例如在超导线圈12为大型超导线圈的情况下等，根据需要，超低温装置10也可以具备冷却同一被冷却物的多台超低温制冷机20。
26.超低温制冷机20具备利用传导冷却来冷却物体的冷却台22，更具体而言，具备第1
冷却台22a和第2冷却台22b。超低温制冷机20设置于真空容器30上，第1冷却台22a和第2冷却台22b配置于真空容器30内。第1冷却台22a及第2冷却台22b例如由铜等金属材料或导热系数高的其他材料形成。
27.并且，超低温制冷机20具备第1缸体24a、第2缸体24b、驱动部26及安装凸缘28。第1缸体24a将安装凸缘28连接于第1冷却台22a，第2缸体24b将第1冷却台22a连接于第2冷却台22b。驱动部26安装于安装凸缘28的与第1缸体24a相反的一侧。
28.作为一例，第1缸体24a和第2缸体24b为具有圆筒形状的部件，第2缸体24b的直径小于第1缸体24a的直径。第1缸体24a与第2缸体24b同轴配置，第1缸体24a的下端与第2缸体24b的上端刚性连结。在超低温制冷机20为吉福德-麦克马洪(gifford-mcmahon；gm)制冷机的情况下，第1缸体24a和第2缸体24b中分别容纳有内置有蓄冷材料的第1置换器和第2置换器。第1置换器和第2置换器彼此连结在一起，能够分别沿着第1缸体24a和第2缸体24b进行往复移动。
29.驱动部26具备马达和连结机构，该连结机构将马达连结于第1置换器和第2置换器，以便将马达输出的旋转运动转换为这些置换器的往复移动。并且，驱动部26具备压力切换阀，该压力切换阀在高压与低压之间周期性地切换第1缸体24a和第2缸体24b的内部的压力，该压力切换阀也被马达驱动。
30.超低温制冷机20以如下方式安装于真空容器30：将第1缸体24a、第1冷却台22a、第2缸体24b及第2冷却台22b从真空容器30的开口部插入到真空容器30内，并将安装凸缘28安装于该开口部。驱动部26配置于真空容器30外。如此，超低温制冷机20能够以使第1冷却台22a和第2冷却台22b配置于真空容器30内的方式设置于真空容器30。
31.超低温制冷机20具备工作气体(例如，氦气)的压缩机(未图示)和还被称为冷头的膨胀机，由压缩机和膨胀机构成超低温制冷机20的制冷循环，由此将第1冷却台22a及第2冷却台22b分别冷却至所期望的超低温。第1冷却台22a被冷却至第1冷却温度(例如，30k～80k)，第2冷却台22b被冷却至比第1冷却温度低的第2冷却温度(例如，3k～20k)。第2冷却温度为比超导线圈12的超导转变温度低的温度。
32.作为一例，超低温制冷机20为二级式的gm制冷机，但也可以为脉管制冷机、斯特林制冷机或其他类型的超低温制冷机。只要能够提供所期望的冷却温度，则超低温制冷机20也可以为单级式的gm制冷机或其他类型的超低温制冷机。
33.真空容器30构成为将真空区域32与外部环境14隔离。真空区域32划定在真空容器30内。真空容器30例如可以为低温恒温器。超导线圈12、超低温制冷机20的冷却台22及辐射热屏蔽罩40配置于真空区域32内，与外部环境14真空绝热。为了提高绝热性能，可以沿着将真空区域32与外部环境14隔离的真空容器30的壁部件的表面或在壁部件的内部设置绝热材料。
34.辐射热屏蔽罩40与第1冷却台22a热连接，从而被冷却至第1冷却温度。辐射热屏蔽罩40直接安装于第1冷却台22a，从而与第1冷却台22a热连接。或者，辐射热屏蔽罩40也可以经由具有挠性或刚性的传热部件安装于第1冷却台22a。辐射热屏蔽罩40例如由铜等金属材料或导热系数高的其他材料形成。辐射热屏蔽罩40配置成包围冷却至第2冷却温度的超导线圈12、超低温制冷机20的第2冷却台22b及其他低温部，能够热保护这些低温部免受来自外部的辐射热的影响。
35.超导线圈12经由传热部件42与第2冷却台22b热连接，从而被冷却至第2冷却温度。传热部件42可以为具有挠性或刚性的传热部件，例如由铜等金属材料或导热系数高的其他材料形成。超导线圈12也可以直接安装于第2冷却台22b。
36.在该实施方式中，在超低温制冷机20的第1冷却台22a上组装有热量计。第1冷却台22a具有分开配置的低温侧传热部件50及高温侧传热部件52、以及热阻部件54，该热阻部件54连接低温侧传热部件50和高温侧传热部件52，低温侧传热部件50经由该热阻部件54与高温侧传热部件52热接触。低温侧传热部件50设置于第1缸体24a的低温端。高温侧传热部件52配置成与低温侧传热部件50及第1缸体24a隔开间隙而不与它们接触，并且仅经由热阻部件54与低温侧传热部件50热连接。高温侧传热部件52与第1冷却台22a的被冷却物(即，辐射热屏蔽罩40)热连接。高温侧传热部件52可以设置为用于将第1冷却台22a紧固于辐射热屏蔽罩40的凸缘。辐射热屏蔽罩40经由低温侧传热部件50、热阻部件54及高温侧传热部件52而被冷却。
37.图2是示意地表示实施方式所涉及的热量计的局部切除立体图。在图2中，为了便于说明，将图1所示的超低温制冷机20倒置，即，以第2缸体24b在上侧且第1缸体24a在下侧的方式示出了第1冷却台22a。
38.低温侧传热部件50、高温侧传热部件52及热阻部件54呈环状，热阻部件54沿着低温侧传热部件50及高温侧传热部件52各自的圆周与低温侧传热部件50及高温侧传热部件52接合在一起。低温侧传热部件50、高温侧传热部件52及热阻部件54与超低温制冷机20的中心轴(即，第1缸体24a及第2缸体24b的中心轴)同轴配置。由此，组装有热量计的第1冷却台22a配置成包围第1缸体24a。
39.更具体而言，低温侧传热部件50为圆形短筒状的块体，其内周面通过钎焊与第1缸体24a的低温端接合。高温侧传热部件52为直径比低温侧传热部件50的直径更大的圆环部件，且其在超低温制冷机20的中心轴方向上与低温侧传热部件50隔开例如数mm的间隙配置。高温侧传热部件52相对于低温侧传热部件50配置在第2缸体24b侧。热阻部件54在轴向上连接低温侧传热部件50和高温侧传热部件52。热阻部件54为圆形的薄壁短筒(例如，管状)，其直径与高温侧传热部件52的内径及低温侧传热部件50的外径几乎相等。热阻部件54的轴向上的一端通过钎焊遍及整周与低温侧传热部件50接合，并且轴向上的另一端通过钎焊遍及整周与高温侧传热部件52接合。钎焊例如可以为使用银焊料的预加焊料钎焊。或者，也可以使用除了钎焊以外的其他接合方法。
40.为了使热量计良好地测定从高温侧传热部件52输入至低温侧传热部件50的热流，由热阻部件54产生的低温侧传热部件50与高温侧传热部件52之间的温度差优选至少为0.5k或1k。并且，为了良好地冷却被冷却物，由热阻部件54产生的低温侧传热部件50与高温侧传热部件52之间的温度差优选最大为5k或3k。
41.在超低温装置10正常运转时，为了实现这种温度差，可以限定低温侧传热部件50、高温侧传热部件52及热阻部件54的材料组合和/或各部件的尺寸及形状。
42.为了在低温侧传热部件50与高温侧传热部件52之间产生温度差，热阻部件54由导热系数比低温侧传热部件50及高温侧传热部件52的导热系数更低的材料形成。低温侧传热部件50和高温侧传热部件52由适合作为超低温制冷机20的冷却台22的材料形成，如上所述，例如由铜(例如，韧铜、无氧铜等纯铜)等金属材料或其他导热系数高的材料形成。因此，
热阻部件54例如由不锈钢等铁系材料、黄铜或其他铜合金、铝或铝合金等导热系数比铜的导热系数更低的金属材料形成。或者，在低温侧传热部件50和高温侧传热部件52由韧铜或无氧铜之类的纯度高且导热系数高的铜材料形成的情况下，热阻部件54可以由导热系数比这些铜材料的导热系数低的铜材料(例如，磷脱氧铜)形成。另外，典型的低温侧传热部件50和高温侧传热部件52由相同的材料形成，但也可以由不同的材料形成。
43.如图1所示，超低温装置10具备低温侧温度传感器56和高温侧温度传感器58。低温侧温度传感器56安装于低温侧传热部件50上，测定低温侧传热部件50的温度。高温侧温度传感器58安装于高温侧传热部件52上，测定高温侧传热部件52的温度。分别从低温侧温度传感器56和高温侧温度传感器58延伸的温度传感器配线60通过真空馈通62后引出至真空容器30外。真空馈通62例如设置于超低温制冷机20的安装凸缘28上。或者，真空馈通62也可以设置于真空容器30的壁部件上。
44.并且，如图2所示，低温侧传热部件50上设置有低温侧温度传感器安装部64，高温侧传热部件52上设置有高温侧温度传感器安装部66。这些温度传感器安装部例如为贯穿孔或非贯穿孔，并且能够安装温度传感器。低温侧温度传感器56和高温侧温度传感器58分别插入并安装于低温侧温度传感器安装部64和高温侧温度传感器安装部66(例如也可以进行粘接)。
45.超低温制冷机20可以以未安装温度传感器的状态提供，可在超低温装置10的组装阶段将温度传感器安装于安装部之后将超低温制冷机20组装到真空容器30中。或者，温度传感器的安装也可以在超低温制冷机20的制造阶段进行，从而将低温侧温度传感器56和高温侧温度传感器58预先安装于第1冷却台22a。
46.重新参考图1，超低温装置10具备诊断装置100，该诊断装置100配置于真空容器30外，用于诊断超低温装置10。诊断装置100具备运算部110和异常检测部120。诊断装置100与低温侧温度传感器56连接，从而从低温侧温度传感器56接收表示低温侧传热部件50的测定温度ta的第1测定温度信号，并且还与高温侧温度传感器58连接，从而从高温侧温度传感器58接收表示高温侧传热部件52的测定温度tb的第2测定温度信号。诊断装置100可以搭载于向超低温制冷机20供给工作气体或从超低温制冷机20排出工作气体的压缩机上。
47.诊断装置100的内部结构在硬件结构方面通过以计算机的cpu或存储器为代表的元件或电路来实现，在软件结构方面则通过计算机程序等来实现，图中，适当描绘成通过它们的协作来实现的功能框。本领域技术人员应当可以理解，这些功能框可以通过硬件和软件的组合以各种形式实现。
48.图3是表示实施方式所涉及的超低温装置10的诊断方法的流程图。首先，由低温侧温度传感器56和高温侧温度传感器58进行温度测定(s10)。诊断装置100从低温侧温度传感器56接收第1测定温度信号从而获取低温侧传热部件50的测定温度ta。并且，诊断装置100从高温侧温度传感器58接收第2测定温度信号从而获取高温侧传热部件52的测定温度tb。
49.运算部110根据低温侧传热部件50的测定温度ta和高温侧传热部件52的测定温度tb来运算出从高温侧传热部件52输入至低温侧传热部件50的热流(s12)。该热流的运算可以使用已知的方法来进行。例如，运算部110首先运算出低温侧传热部件50与高温侧传热部件52之间的测定温度差(即，tb-ta)，并根据得到的测定温度差和已知的关系来运算出热流。该已知的关系表示低温侧传热部件50与高温侧传热部件52之间的温度差和产生该温度
差时流过热阻部件54的热流之间的关系，且预先获取该已知的关系并保存于运算部110中。
50.异常检测部120将由运算部110运算出的热流与热流阈值qth进行比较(s14)。热流阈值qth设定为允许超低温装置10继续运行的热流的上限值qmax或比该值小的值。该热流上限值qmax可以为视超低温装置10产生了故障(绝热性能明显劣化)的热流值。因此，在运算出的热流超过了该热流上限值qmax的情况下，视超低温装置10产生了故障，因此可以停止超低温装置10的运行。在热流阈值qth设定为比热流上限值qmax小的值的实施方式中，在运算出的热流超过了热流阈值qth且小于热流上限值qmax的情况下，允许超低温装置10继续运行。热流阈值qth被预先设定，并保存于诊断装置100或异常检测部120中。热流阈值qth可以根据设计者的经验知识或设计者所进行的实验或模拟试验等来进行适当的设定。
51.异常检测部120例如判定运算出的热流是否超过了热流阈值qth，并在运算出的热流超过了热流阈值qth的情况下(s14的“是”)，检测为真空容器30的绝热性能劣化(s16)。这是因为，真空容器30的绝热性能劣化会导致热量从真空容器30外侵入辐射热屏蔽罩40内，其结果从高温侧传热部件52经由热阻部件54输入至低温侧传热部件50的热量会增加。
52.在运算出的热流未超过热流阈值qth的情况下(s14的“否”)，异常检测部120将低温侧传热部件50的测定温度ta与温度阈值tth进行比较(s18)。温度阈值tth设定为允许超低温制冷机20继续进行冷却运行的上限温度tmax或比该值低的值。该上限温度tmax可以为视超低温制冷机20产生了故障(制冷性能明显下降)的温度值。因此，在测定温度ta达到了上限温度tmax的情况下，视超低温制冷机20产生了故障，因此可以停止超低温制冷机20的运行。在温度阈值tth设定为比上限温度tmax小的值的实施方式中，在测定温度ta超过了温度阈值tth且低于上限温度tmax的情况下，允许超低温制冷机20继续运行。温度阈值tth被预先设定，并保存于诊断装置100或异常检测部120中。温度阈值tth可以根据设计者的经验知识或设计者所进行的实验或模拟试验等来进行适当的设定。
53.异常检测部120例如判定低温侧传热部件50的测定温度ta是否高于温度阈值tth，并在测定温度ta高于温度阈值tth的情况下(s18的“是”)，检测为超低温制冷机20的制冷能力下降(s20)。此时，尽管运算出的热流(即，从高温侧传热部件52经由热阻部件54输入至低温侧传热部件50的热量)小于热流阈值qth，但由于低温侧传热部件50的测定温度ta高于温度阈值tth，因此可以认为超低温制冷机20的制冷能力下降。
54.在低温侧传热部件50的测定温度ta未超过温度阈值tth的情况下(s18的“否”)，异常检测部120判定超低温装置10是正常的(s22)。此时，低温侧传热部件50的测定温度ta未超过温度阈值tth，并且运算出的热流小于热流阈值qth，因此能够视真空容器30的绝热性能和超低温制冷机20的制冷能力均正常。
55.异常检测部120保存判定结果(及温度和热流的测定结果)，并根据需要将其输出。异常检测部120例如可以通过点亮设置于诊断装置100的警告灯或其他视觉方法或者通过声音或其他通知方式通知使用者检测出异常的情况。诊断装置100定期(例如，每月一次)反复执行这种诊断处理。
56.实施方式所涉及的超低温装置10如下动作。若启动超低温制冷机20，则超低温制冷机20的第1冷却台22a被冷却至第1冷却温度，第2冷却台22b被冷却至第2冷却温度。辐射热屏蔽罩40被第1冷却台22a冷却至第1冷却温度。准确地说，辐射热屏蔽罩40的冷却温度会因组装于第1冷却台22a的热量计而变得略(例如，数k左右)高于第1冷却台22a，但这在实用
中不成问题。超导线圈12被第2冷却台22b冷却至第2冷却温度。通过从未图示的电源向超导线圈12通电，超导线圈12能够产生强磁场。由此，能够运行超低温装置10。
57.在超低温装置长期运行时，超低温装置例如会因经时老化而产生故障。如此一来，不得不停止超低温装置的运转直至修复完成为止。在突发故障的情况下，修复所花费的时间往往相对较长。然而，若能够预测故障并且能够有计划地预先应对故障，则能够将影响最小化。
58.在现有技术中，尝试着对超低温制冷机的冷却温度进行监控从而预测超低温装置的故障。这基于如下观点：超低温装置随着长期使用会逐渐变得难以冷却，冷却温度可能会在长期使用中逐渐上升。然而，冷却温度不仅取决于累计运行时间，而且还取决于从外部输入的热量等超低温装置的周围环境或超低温装置的运行条件。并且，冷却温度并不仅仅会随着累计运行时间而线性变化，可能会存在一定程度的变动。例如，在二级式的超低温制冷机中，第一级的冷却温度相对容易受气温的季节变动的影响。辨别这种周围环境的变化导致的温度上升和经时老化导致的温度上升并非易事。现实中，基于冷却温度的故障预测有效地发挥作用的情况是有限的。
59.冷却温度在长期使用中逐渐上升的主要原因有两个，一个是真空容器的绝热性能劣化导致热量输入增加，另一个是超低温制冷机的制冷能力下降。然而，基于温度上升的异常检测仅表示超低温装置的某处产生了异常，并不能立即确定成为其原因的异常产生位置(例如，是超低温制冷机产生了异常，还是真空容器产生了异常)。为了采取消除异常的措施需要进行进一步的检查，因而修复需要花费时间。
60.根据实施方式所涉及的超低温装置10，热量计组装于超低温制冷机20的第1冷却台22a。由此，能够测定从高温侧传热部件52输入至低温侧传热部件50的热流。热流基于低温侧传热部件50与高温侧传热部件52之间的温度差，因此相较于现有的温度监视，不易受周围环境的影响。并且，根据测得的热流，能够确定温度上升的原因是真空容器30还是超低温制冷机20。由此，能够掌握超低温装置10的不良情况的前兆，并向使用者发出警告。因此，能够事先采取必要的措施。因此，能够有效地应对冷却不良或其征兆。
61.另外，温度阈值tth也可以取决于从高温侧传热部件52输入至低温侧传热部件50的热流。若热量输入增加，则低温侧传热部件50的测定温度ta也会增加。因此，运算出的热流越大，可以越增加温度阈值tth。如此一来，能够进行更加准确的诊断。
62.图4中示出了热流阈值qth和温度阈值tth的一例。图4的纵轴表示超低温制冷机20的冷却温度，横轴表示输入至超低温制冷机20的热流。作为固有的性能，超低温制冷机20具有还被称作能力曲线80的热量输入与冷却温度之间的关系。能力曲线80表示，随着输入至超低温制冷机20(例如，第1冷却台22a)的热量增加，冷却温度也增加。因此，可以在该能力曲线的上方和下方设定允许宽度82，并将该允许宽度82的上限值用作温度阈值tth。在同一图中，用箭头例示出了每次的测定结果(运算出的热流和低温侧传热部件50的测定温度ta的组合)的历史。如图所示，尽管热流小于热流阈值qth，但在热流和测定温度ta的组合向上方脱离了允许宽度82的情况下，能够视超低温制冷机20的制冷能力下降。另外，在热流超过了热流阈值qth的情况下，如上所述，视真空容器30的绝热性能劣化。
63.以上，基于实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应当可以理解，本发明并不只限于上述实施方式，可以进行各种设计变更且可以存在各种变形例，并且这种变形例
也在本发明的范围内。在一种实施方式中说明的各种特征也可以适用于其他实施方式中。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各实施方式的效果。
64.图5是示意地表示实施方式所涉及的热量计的另一例的局部立体图。低温侧传热部件50、高温侧传热部件52及热阻部件54也可以呈c字状。热阻部件54可以沿着低温侧传热部件50和高温侧传热部件52各自的圆周与低温侧传热部件50和高温侧传热部件52接合。c字状形状的两端之间的间隙68例如可以设为数mm左右，用于使温度传感器配线60通过。为了防止配线包覆受损，低温侧传热部件50、高温侧传热部件52及热阻部件54的边缘和角部可以倒角。该间隙68可以设置于与参考图2进行说明的低温侧温度传感器安装部64及高温侧温度传感器安装部66相反的一侧。
65.图6是示意地表示实施方式所涉及的热量计的图。该热量计设置于从超低温制冷机20(超低温制冷机20的第1冷却台22a)至被冷却物(例如，辐射热屏蔽罩40)的传热路径上。在图6所示的实施方式中，与图1所示的实施方式不同，热量计安装成能够从超低温制冷机20的第1冷却台22a卸下。
66.低温侧传热部件(该例子中为第1冷却台22a)在传热路径上设置于超低温制冷机20侧。高温侧传热部件(该例子中为辐射热屏蔽罩40)在传热路径上设置于被冷却侧，并且与第1冷却台22a分开配置。热阻部件54以夹在第1冷却台22a与辐射热屏蔽罩40之间的状态配置，第1冷却台22a经由热阻部件54与辐射热屏蔽罩40热接触。第1冷却台22a和辐射热屏蔽罩40可以通过螺栓等紧固部件紧固在一起，由此将热阻部件54夹在两者之间。热阻部件54可以为环状或c字状的环形薄板(例如，厚度为0.3mm至1mm)，例如可以为调整环(shim ring)。如图7所示，热阻部件54可以呈在径向上具有相对较厚的厚度的环形，以便增加热接触面积，并且还可以具有用于紧固部件的通孔70。
67.低温侧温度传感器56安装于第1冷却台22a，测定第1冷却台22a的温度。高温侧温度传感器58安装于辐射热屏蔽罩40，测定辐射热屏蔽罩40的温度。与上述实施方式相同地，低温侧温度传感器56和高温侧温度传感器58可以与诊断装置100连接。如此，也能够与上述实施方式相同地构成热量计。
68.另外，热阻部件54也可以夹在与第1冷却台22a连接的其他低温侧传热部件和与辐射热屏蔽罩40等被冷却物连接的其他高温侧传热部件之间从而构成热量计。
69.在上述实施方式中，将热量计组装于二级式的超低温制冷机20的第1冷却台22a，但也可以取而代之或除此之外将热量计组装于第2冷却台22b。或者，实施方式所涉及的热量计也可以组装于单级式的超低温制冷机的冷却台。
70.在上述实施方式中，超低温装置10构成为，具备诊断装置100，从而自动执行温度测定和热流运算及基于它们的异常检测，但在一种实施方式中，超低温装置10也可以不具备诊断装置100。此时，可以根据低温侧温度传感器56和高温侧温度传感器58的温度测定结果并通过手工计算来求出热流从而人工判断有无异常。
71.以上，根据实施方式并使用具体术语对本发明进行了说明，但实施方式仅示出了本发明的原理和应用的一个侧面，在不脱离技术方案中规定的本发明的思想的范围内，实施方式允许存在多种变形例和配置的变更。
72.产业上的可利用性
73.本发明能够利用于组装有热量计的超低温制冷机及具备该超低温制冷机的超低
温装置的领域。并且，本发明能够利用于设置于从超低温制冷机至被冷却物的传热路径上的热量计及具备该热量计的超低温装置的领域。
74.符号说明
75.10-超低温装置，20-超低温制冷机，22-冷却台，30-真空容器，50-低温侧传热部件，52-高温侧传热部件，54-热阻部件，56-低温侧温度传感器，58-高温侧温度传感器，64-低温侧温度传感器安装部，66-高温侧温度传感器安装部，110-运算部，120-异常检测部。

技术特征：
1.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：冷却台，具有分开配置的低温侧传热部件及高温侧传热部件、以及热阻部件，所述热阻部件连接所述低温侧传热部件和所述高温侧传热部件，所述低温侧传热部件经由所述热阻部件与所述高温侧传热部件热接触；低温侧温度传感器，安装于所述低温侧传热部件上，测定所述低温侧传热部件的温度；及高温侧温度传感器，安装于所述高温侧传热部件上，测定所述高温侧传热部件的温度。2.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，还具备运算部，所述运算部根据由所述低温侧温度传感器测定的所述低温侧传热部件的温度和由所述高温侧温度传感器测定的所述高温侧传热部件的温度来运算出从所述高温侧传热部件输入至所述低温侧传热部件的热流。3.根据权利要求2所述的超低温制冷机，其特征在于，在所述超低温制冷机中，所述冷却台可以以其配置于真空容器内的方式设置于所述真空容器，所述超低温制冷机还具备异常检测部，所述异常检测部将由所述运算部运算出的所述热流与热流阈值进行比较，并在所述热流超过了所述热流阈值的情况下，检测为所述真空容器的绝热性能劣化。4.根据权利要求3所述的超低温制冷机，其特征在于，所述异常检测部将所述热流与比所述热流阈值大的热流上限值进行比较，并在所述热流超过了所述热流阈值且小于所述热流上限值的情况下，使所述超低温制冷机继续运行。5.根据权利要求4所述的超低温制冷机，其特征在于，在所述热流超过了所述热流上限值的情况下，所述异常检测部停止所述超低温制冷机的运行。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，所述异常检测部将由所述低温侧温度传感器测定的所述低温侧传热部件的温度与温度阈值进行比较，并在所述低温侧传热部件的温度高于所述温度阈值且所述热流小于所述热流阈值的情况下，检测为所述超低温制冷机的制冷能力下降。7.根据权利要求2所述的超低温制冷机，其特征在于，还具备异常检测部，所述异常检测部将由所述运算部运算出的所述热流与热流阈值进行比较，且将由所述低温侧温度传感器测定的所述低温侧传热部件的温度与温度阈值进行比较，并在所述低温侧传热部件的温度高于所述温度阈值且所述热流小于所述热流阈值的情况下，检测为所述超低温制冷机的制冷能力下降。8.根据权利要求6或7所述的超低温制冷机，其特征在于，所述异常检测部将所述低温侧传热部件的温度与比所述温度阈值高的上限温度进行比较，并在所述低温侧传热部件的温度高于所述温度阈值且低于所述上限温度的情况下，使所述超低温制冷机继续运行。9.根据权利要求8所述的超低温制冷机，其特征在于，
在所述低温侧传热部件的温度达到了所述上限温度的情况下，所述异常检测部停止所述超低温制冷机的运行。10.根据权利要求6至9中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，所述温度阈值取决于从所述高温侧传热部件输入至所述低温侧传热部件的热流。11.根据权利要求1至10中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，所述低温侧传热部件、所述高温侧传热部件及所述热阻部件呈环状或c字状，所述热阻部件沿着所述低温侧传热部件和所述高温侧传热部件各自的圆周与所述低温侧传热部件和所述高温侧传热部件接合。12.根据权利要求11所述的超低温制冷机，其特征在于，所述低温侧传热部件、所述高温侧传热部件及所述热阻部件呈c字状，从所述低温侧温度传感器或所述高温侧温度传感器延伸的温度传感器配线插通于所述c字状形状的两端之间的间隙。13.根据权利要求1至12中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，还具备安装于真空容器的安装凸缘，所述安装凸缘具备真空馈通，所述真空馈通使从所述低温侧温度传感器或所述高温侧温度传感器延伸过来的温度传感器配线引出至所述真空容器外。14.根据权利要求1至13中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，所述冷却台构成为，所述低温侧传热部件与所述高温侧传热部件之间的温度差在0.5k至5k的范围内。15.根据权利要求1至14中任一项所述的超低温制冷机，其特征在于，所述热阻部件由导热系数比所述低温侧传热部件及所述高温侧传热部件的导热系数更低的材料制成。16.一种超低温制冷机，其特征在于，具备冷却台，所述冷却台具有分开配置的低温侧传热部件及高温侧传热部件、以及热阻部件，所述热阻部件连接所述低温侧传热部件和所述高温侧传热部件，所述低温侧传热部件经由所述热阻部件与所述高温侧传热部件热接触，所述低温侧传热部件上设置有低温侧温度传感器安装部，所述高温侧传热部件上设置有高温侧温度传感器安装部。17.一种热量计，其设置于从超低温制冷机至被冷却物的传热路径上，所述热量计的特征在于，具备：低温侧传热部件，在所述传热路径上设置于超低温制冷机侧；高温侧传热部件，在所述传热路径上设置于被冷却侧，并且与所述低温侧传热部件分开配置；热阻部件，以夹在所述低温侧传热部件与所述高温侧传热部件之间的状态配置，并且所述低温侧传热部件经由所述热阻部件与所述高温侧传热部件热接触；低温侧温度传感器，安装于所述低温侧传热部件上，测定所述低温侧传热部件的温度；及高温侧温度传感器，安装于所述高温侧传热部件上，测定所述高温侧传热部件的温度。

技术总结
超低温制冷机(20)具备：第1冷却台(22a)，具有分开配置的低温侧传热部件(50)及高温侧传热部件(52)、以及热阻部件(54)，该热阻部件(54)连接低温侧传热部件(50)和高温侧传热部件(52)，低温侧传热部件(50)经由所述热阻部件(54)与高温侧传热部件(52)热接触；低温侧温度传感器(56)，安装于低温侧传热部件(50)上，测定低温侧传热部件(50)的温度；及高温侧温度传感器(58)，安装于高温侧传热部件(52)上，测定高温侧传热部件(52)的温度。高温侧传热部件(52)的温度。高温侧传热部件(52)的温度。


技术研发人员：出村健太
受保护的技术使用者：住友重机械工业株式会社
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2023/8/13