超低溫制冷機(jī)及回轉(zhuǎn)接頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超低溫制冷機(jī)及回轉(zhuǎn)接頭，其目的在于提高對(duì)旋轉(zhuǎn)物體進(jìn)行冷卻的超低溫制冷機(jī)中的工作氣體的密封性。超低溫制冷機(jī)具備設(shè)置在靜止部的壓縮機(jī)、設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部上的膨脹機(jī)以及用于壓縮機(jī)與膨脹機(jī)之間的流體的連接的回轉(zhuǎn)接頭?；剞D(zhuǎn)接頭具備：轉(zhuǎn)子，以與旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于旋轉(zhuǎn)部；定子，與轉(zhuǎn)子相鄰配置以在定子與轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且定子固定于靜止部；第1高圧流路及第2高圧流路，其為從定子經(jīng)過(guò)間隙一直到轉(zhuǎn)子的氣體流路；以及工作氣體密封部，將間隙分隔為與第1高圧流路連通的第1高圧區(qū)間和與第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間。
【專利說(shuō)明】超低溫制冷機(jī)及回轉(zhuǎn)接頭
[0001 ]本申請(qǐng)主張基于2015年2月27日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2015-038220號(hào)的優(yōu)先權(quán)。該日本申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考援用于本說(shuō)明書中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種超低溫制冷機(jī)，尤其涉及一種對(duì)旋轉(zhuǎn)的物體進(jìn)行冷卻的超低溫制冷機(jī)。并且，本發(fā)明涉及一種適于這種超低溫制冷機(jī)的回轉(zhuǎn)接頭。
【背景技術(shù)】
[0003]已知有一種在連續(xù)旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)超低溫的超低溫冷卻裝置。該冷卻裝置具有無(wú)制冷劑制冷機(jī)、使氦氣在無(wú)制冷劑制冷機(jī)中循環(huán)的壓縮機(jī)。氦氣通過(guò)氦氣用旋轉(zhuǎn)接頭在制冷機(jī)和壓縮機(jī)中循環(huán)。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2014 —156952號(hào)公報(bào)
[0005]上述旋轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置有用于密封氦氣的O型環(huán)。一個(gè)O型環(huán)從大氣壓屏蔽流入到制冷機(jī)的氦氣。并且，另外一個(gè)O型環(huán)從大氣壓屏蔽回流至壓縮機(jī)的氦氣。通常，用于制冷機(jī)的氦氣具有比大氣壓明顯高的壓力，因此僅通過(guò)一個(gè)O型環(huán)很難完全防止氦氣向大氣環(huán)境泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一種實(shí)施方式的示例性目的之一為，提高對(duì)旋轉(zhuǎn)的物體進(jìn)行冷卻的超低溫制冷機(jī)中的工作氣體的密封性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，其具備:壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部；膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部；以及回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接。所述回轉(zhuǎn)接頭具備:轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部;定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部;第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路;第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路；以及工作氣體密封部，將所述間隔分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間、與所述第I高圧區(qū)間相鄰且與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間以及與所述第I高壓區(qū)間的與所述第2高壓區(qū)間相反的一側(cè)相鄰的加壓區(qū)間。所述加圧區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的中間壓。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一種回轉(zhuǎn)接頭，其用于超低溫制冷機(jī)的壓縮機(jī)與所述超低溫制冷機(jī)的膨脹機(jī)之間的流體的連接，其中，所述壓縮機(jī)設(shè)置在靜止部，所述膨脹機(jī)設(shè)置在以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部，所述旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具備:轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部;定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部;工作氣體的流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的壓力的工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路；以及工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述工作氣體的流路連通的高圧區(qū)間、與所述高圧區(qū)間相鄰的第I加圧區(qū)間以及與所述高圧區(qū)間的與所述第I加圧區(qū)間相反的一側(cè)相鄰的第2加圧區(qū)間。所述第I加圧區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述高圧區(qū)間的壓力的第I中間壓，所述第2加圧區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述高壓區(qū)間的壓力的第2中間壓。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，其具備:壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部；膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部；回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接。所述回轉(zhuǎn)接頭具備:轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部；定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部;第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路;第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路;工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間和與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間。所述轉(zhuǎn)子具有在所述旋轉(zhuǎn)軸的周圍沿徑向延伸且與所述旋轉(zhuǎn)軸垂直的環(huán)狀平坦面。所述工作氣體密封部具備以從所述周圍環(huán)境壓力屏蔽所述第2高圧區(qū)間的方式繞所述旋轉(zhuǎn)軸配設(shè)的密封盤，所述密封盤具有與所述環(huán)狀平坦面接觸的密封面。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，其具備:壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部；膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部；以及回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接。所述回轉(zhuǎn)接頭具備:轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部;定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部;第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路;第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路；以及工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間和與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間。所述工作氣體密封部在所述第I高圧區(qū)間具有第I直徑，在所述第2高圧區(qū)間具有第2直徑，且所述第I直徑小于所述第2直徑。
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，其具備:壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部；膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部；以及回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接。所述回轉(zhuǎn)接頭具備:轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部;定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部;第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路;第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路;工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間和與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間。所述轉(zhuǎn)子具備:轉(zhuǎn)子基部，固定于所述旋轉(zhuǎn)部;轉(zhuǎn)子軸端，在軸向上位于與所述轉(zhuǎn)子基部相反的一側(cè)，并且在所述轉(zhuǎn)子軸端與所述定子之間形成所述第I高圧區(qū)間。所述定子具備定子底壁部，所述定子底壁部包圍所述轉(zhuǎn)子軸端而形成半封閉區(qū)段。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，能夠提高對(duì)旋轉(zhuǎn)的物體進(jìn)行冷卻的超低溫制冷機(jī)中的工作氣體的密封性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是概略地表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0014]圖2是概略地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0015]圖3是概略地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0016]圖4是概略地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0017]圖5是概略地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0018]圖6是概略地表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0019]圖7是概略地表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0020]圖8是概略地表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0021]圖9是概略地表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)的圖。
[0022]圖10是概略地表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電裝置的圖。
[0023]圖中:10-超低溫制冷機(jī)，12-壓縮機(jī)，14-膨脹機(jī)，50-靜止部，52-旋轉(zhuǎn)部，100-回轉(zhuǎn)接頭，102-第I高圧流路，104-第2高圧流路，106-轉(zhuǎn)子，108-定子，110-間隙，112-轉(zhuǎn)子基部，114-轉(zhuǎn)子軸端，120-工作氣體密封部，122-上部周圍環(huán)境壓力區(qū)間，123-周圍環(huán)境壓力區(qū)間，124-上部第2高圧區(qū)間，126-第I高圧區(qū)間，127-第2高圧區(qū)間，128-下部第2高圧區(qū)間，130-下部周圍環(huán)境壓力區(qū)間，132-第I密封件，134-第2密封件，136-第3密封件，138-第4密封件，153-緩沖區(qū)間，154-第I緩沖區(qū)間，156-第2緩沖區(qū)間，158-第I輔助密封件，162-緩沖容積，166-壓力控制閥，168-輔助壓縮機(jī)，175-環(huán)狀平坦面，179-定子底壁部，180-密封盤，182-密封面，184-受壓面，186-施力部件。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，參考附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。另外，在說(shuō)明中，對(duì)相同的要件標(biāo)注相同的符號(hào)，并適當(dāng)省略重復(fù)說(shuō)明。并且，以下說(shuō)明的結(jié)構(gòu)為示例，并不用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025](第丨實(shí)施方式)
[0026]圖1是概略地表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的圖。超低溫制冷機(jī)10具備對(duì)工作氣體(例如氦氣)進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)12以及使工作氣體通過(guò)絕熱膨脹而被冷卻的膨脹機(jī)14。超低溫制冷機(jī)10為吉福德-麥克馬洪式(Gifford-McMahon;GM)制冷機(jī)等任意的蓄冷式制冷機(jī)。
[0027]超低溫制冷機(jī)10設(shè)置于具有靜止部50和旋轉(zhuǎn)部52的裝置上。旋轉(zhuǎn)部52以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承在靜止部50。即，旋轉(zhuǎn)部52以能夠繞規(guī)定旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的方式支承于靜止部50。旋轉(zhuǎn)軸的方向?yàn)閳D1中的上下方向。超低溫制冷機(jī)1對(duì)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部5 2的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的物體68進(jìn)行冷卻。物體68為例如超導(dǎo)裝置(例如超導(dǎo)線圈)。因此，膨脹機(jī)14設(shè)置于旋轉(zhuǎn)部52。壓縮機(jī)12設(shè)置于靜止部50。
[0028]旋轉(zhuǎn)部52具備旋轉(zhuǎn)臺(tái)54和真空容器56，靜止部50具備支承表面58、支承體60以及支承臺(tái)62。旋轉(zhuǎn)臺(tái)54經(jīng)由軸承64支承于支承體60，并且能夠繞旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。真空容器56安裝在旋轉(zhuǎn)臺(tái)54。膨脹機(jī)14以其低溫部容納于真空容器56的方式安裝于真空容器56。應(yīng)被超低溫制冷機(jī)10冷卻的物體68也容納于真空容器56。物體68與膨脹機(jī)14的低溫部熱連接，并且通過(guò)物體支承部件69支承于旋轉(zhuǎn)臺(tái)54。物體支承部件69由導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料(例如，玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP))制成。并且，旋轉(zhuǎn)臺(tái)54具有以旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸為中心的臺(tái)面開口 66。另一方面，支承體60支承于支承表面58。支承臺(tái)62也支承于支承表面58。壓縮機(jī)12安裝于支承表面58。
[0029]壓縮機(jī)12向膨脹機(jī)14供給第I高圧工作氣體。第I高圧工作氣體具有高于超低溫制冷機(jī)10的周圍環(huán)境壓力Pa的第I高圧Ph。超低溫制冷機(jī)10的周圍環(huán)境壓力Pa例如為大氣壓或者0.1MPa。第I高圧Ph例如大于周圍環(huán)境壓力Pa的10倍圧力(IMPa)，或者大于周圍環(huán)境壓力Pa的20倍圧力(2MPa)。
[0030]通過(guò)膨脹機(jī)14中的絕熱膨脹，第I高圧工作氣體被減壓至第2高圧工作氣體。第2高圧工作氣體具有高于超低溫制冷機(jī)10的周圍環(huán)境壓力Pa且低于第I高圧Ph的第2高圧P1。第2高圧Pl例如小于周圍環(huán)境壓力Pa的10倍壓力(IMPa)，或者小于周圍環(huán)境壓力Pa的20倍壓力(2MPa)。壓縮機(jī)12從膨脹機(jī)14回收第2高圧工作氣體。通過(guò)壓縮機(jī)12，第2高圧工作氣體再次被加壓至第I高圧工作氣體。
[0031]超低溫制冷機(jī)10具備將壓縮機(jī)12和膨脹機(jī)14進(jìn)行連接以便從壓縮機(jī)12向膨脹機(jī)14輸送第I高圧工作氣體并且使第2高圧工作氣體從膨脹機(jī)14向壓縮機(jī)12回流的工作氣體管路16。工作氣體管路16為用于使工作氣體在壓縮機(jī)12與膨脹機(jī)14之間循環(huán)的配管系統(tǒng)。工作氣體管路16具備第I靜止部氣體管路18、第2靜止部氣體管路20、第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22、第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24以及回轉(zhuǎn)接頭100。回轉(zhuǎn)接頭100用于壓縮機(jī)12與膨脹機(jī)14之間的流體的連接，其具有第I高圧流路102和第2高圧流路104。
[0032]第I靜止部氣體管路18及第2靜止部氣體管路20配置于靜止部50。第I靜止部氣體管路18將壓縮機(jī)12的氣體輸送端口連接于回轉(zhuǎn)接頭100的第I高圧流路102。第2靜止部氣體管路20將壓縮機(jī)12的氣體接收端口連接于回轉(zhuǎn)接頭100的第2高圧流路104。
[0033]第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22及第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24配置于旋轉(zhuǎn)部52。第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22將膨脹機(jī)14的氣體接收端口連接于回轉(zhuǎn)接頭100的第I高圧流路102。第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24將膨脹機(jī)14的氣體輸送端口連接于回轉(zhuǎn)接頭100的第2高圧流路104。第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22通過(guò)臺(tái)面開口 66連接于第I高圧流路102，第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24通過(guò)臺(tái)面開口 66連接于第2高圧流路104。
[0034]由此，壓縮機(jī)12通過(guò)第I靜止部氣體管路18、第I高圧流路102以及第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22將第I高圧工作氣體供給至膨脹機(jī)14。并且，壓縮機(jī)12從膨脹機(jī)14通過(guò)第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24、第2高圧流路104以及第2靜止部氣體管路20回收第2高圧工作氣體。
[0035]回轉(zhuǎn)接頭100具備轉(zhuǎn)子106和定子108。轉(zhuǎn)子106為以與旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式配設(shè)的軸部件。轉(zhuǎn)子106具有以旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸為中心軸的圓筒狀外周面。定子108為固定于靜止部50的非旋轉(zhuǎn)部件。定子108為包圍以與旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式配設(shè)的轉(zhuǎn)子106的中空部件。定子108具有以旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸為中心軸的圓筒狀內(nèi)周面。
[0036]在轉(zhuǎn)子106與定子108之間形成有間隙110。定子108與轉(zhuǎn)子106相鄰配置以形成間隙110。間隙110為容許轉(zhuǎn)子106相對(duì)于定子108進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的微小的徑向間隙，定子108的內(nèi)徑稍微大于轉(zhuǎn)子106的外徑。
[0037]轉(zhuǎn)子106具有固定于旋轉(zhuǎn)部52的轉(zhuǎn)子基部112。轉(zhuǎn)子106沿著旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸從轉(zhuǎn)子基部112延伸，直至轉(zhuǎn)子軸端114。轉(zhuǎn)子軸端114位于支承臺(tái)62的附近，且在轉(zhuǎn)子軸端114與支承臺(tái)62之間具有狹窄的軸向間隙。定子108具有固定于支承臺(tái)62且包圍轉(zhuǎn)子軸端114的定子基部116。定子108沿著旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸從定子基部116延伸，直至定子端118。定子端118位于轉(zhuǎn)子基部112的附近且在定子端118與轉(zhuǎn)子基部112之間具有狹窄的軸向間隙。這樣，間隙110形成于轉(zhuǎn)子基部112/定子端118與轉(zhuǎn)子軸端114/定子基部116之間。
[0038]在本說(shuō)明書中，為了便于說(shuō)明，將在軸向上靠近轉(zhuǎn)子基部112/定子端118的一側(cè)稱為“上”，將靠近轉(zhuǎn)子軸端114/定子基部116的一側(cè)稱為“下”。這種表達(dá)方式并不限定超低溫制冷機(jī)10的配置。旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸可以朝向任意方向。例如，旋轉(zhuǎn)軸可以與水平面平行，并且在超低溫制冷機(jī)10的實(shí)際配置中，轉(zhuǎn)子106可以左右延伸。
[0039]回轉(zhuǎn)接頭100具備在軸向上將間隙110分隔為至少三個(gè)區(qū)間的工作氣體密封部120。工作氣體密封部120將間隙110分割為上部第2高圧區(qū)間124、第I高圧區(qū)間126以及下部第2高圧區(qū)間128。第I高圧區(qū)間126位于軸向上的中央，兩個(gè)第2高壓區(qū)間與該第I高圧區(qū)間126的兩側(cè)相鄰。第I高圧區(qū)間126與第I高圧流路102連通。上部第2高圧區(qū)間124及下部第2高圧區(qū)間128與第2高圧流路104連通。
[0040]并且，在上部第2高圧區(qū)間124的軸向上的外側(cè)具有上部周圍環(huán)境壓力區(qū)間122，在下部第2高圧區(qū)間128的軸向上外側(cè)具有下部周圍環(huán)境壓力區(qū)間130。由此，可以認(rèn)為工作氣體密封部120將間隙110分割為五個(gè)區(qū)間，S卩，上部周圍環(huán)境壓力區(qū)間122、上部第2高圧區(qū)間124、第I高圧區(qū)間126、下部第2高圧區(qū)間128以及下部周圍環(huán)境壓力區(qū)間130。
[0041]為了這種區(qū)間分割，工作氣體密封部120具備在軸向上彼此分開配設(shè)的四個(gè)密封件。各密封件為在轉(zhuǎn)子106的外周面與定子108的內(nèi)周面之間繞旋轉(zhuǎn)軸延伸的環(huán)形或者環(huán)狀的密封部件，例如O型環(huán)等密封環(huán)。在圖1中，四個(gè)密封件從上到下依次為第I密封件132、第2密封件134、第3密封件136以及第4密封件138。
[0042]第I密封件132確定上部周圍環(huán)境壓力區(qū)間122與上部第2高圧區(qū)間124之間的第I邊界。第2密封件134確定上部第2高圧區(qū)間124與第I高圧區(qū)間126之間的第2邊界。第3密封件136確定第I高圧區(qū)間126與下部第2高圧區(qū)間128之間的第3邊界。第4密封件138確定下部第2高圧區(qū)間128與下部周圍環(huán)境壓力區(qū)間130之間的第4邊界。即，第I密封件132及第4密封件138為從周圍環(huán)境屏蔽加圧區(qū)間的一對(duì)外側(cè)密封件。第2密封件134及第3密封件136為在加圧區(qū)間的中央部形成第I高圧區(qū)間126的一對(duì)內(nèi)側(cè)密封件。
[0043]第I高圧流路102為從定子108經(jīng)過(guò)間隙110的第I高圧區(qū)間126—直到轉(zhuǎn)子106的回轉(zhuǎn)接頭100的氣體流通路。第I高圧流路102具有向轉(zhuǎn)子基部112開口的第I出口 140、向第I高圧區(qū)間126開口的第I入口 142以及將第I入口 142連接于第I出口 140的第I連接路144。第I入口 142為在轉(zhuǎn)子106的外周面上繞旋轉(zhuǎn)軸形成的環(huán)狀槽。第I連接路144的走向在中途從與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向改變?yōu)榕c旋轉(zhuǎn)軸平行的方向。第I高圧工作氣體從第I靜止部氣體管路18通過(guò)第I高圧區(qū)間126、第I入口 142、第I連接路144以及第I出口 140流向第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22。
[0044]第2高圧流路104與第I高圧流路102并排形成，是從轉(zhuǎn)子106通過(guò)間隙110的上部第2高圧區(qū)間124及下部第2高圧區(qū)間128—直到定子108的另一個(gè)氣體流通路。第2高圧流路104具有向轉(zhuǎn)子基部112開口的第2入口 146、向上部第2高圧區(qū)間124開口的第2上部出口148、向下部第2高圧區(qū)間128開口的第2下部出口 150以及將第2入口 146向第2上部出口 148和第2下部出口 150分支的第2連接路152。第2上部出口 148及第2下部出口 150分別為在轉(zhuǎn)子106的外周面上繞旋轉(zhuǎn)軸形成的環(huán)狀槽。第2連接路152的走向在中途從與旋轉(zhuǎn)軸平行的方向改變?yōu)榕c旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向。
[0045]第2高圧工作氣體從第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24通過(guò)第2入口146、第2連接路152、第2上部出口 148以及上部第2高圧區(qū)間124流向第2靜止部氣體管路20。并且，第2高圧工作氣體從第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24通過(guò)第2入口 146、第2連接路152、第2下部出口 150以及下部第2高圧區(qū)間128流向第2靜止部氣體管路20。被第2連接路152分支的兩個(gè)第2高圧工作氣體流在第2靜止部氣體管路20合流。
[0046]根據(jù)第I實(shí)施方式，第I高圧區(qū)間126被兩個(gè)第2高圧區(qū)間夾持。如此，在第I高圧區(qū)間126的兩側(cè)存在中間壓區(qū)間。因此，與第I高圧區(qū)間126直接與周圍環(huán)境壓力Pa相鄰的情況相比，能夠降低第I高圧工作氣體從第I高圧區(qū)間126向周圍環(huán)境的泄漏。
[0047]在一種實(shí)施方式中，工作氣體密封部120可以將間隙110分隔為第I高圧區(qū)間126、上部第2高圧區(qū)間124以及下部加圧區(qū)間?；蛘撸ぷ鳉怏w密封部120也可以將間隙110分隔為第I高圧區(qū)間126、上部加圧區(qū)間以及下部第2高圧區(qū)間128?；蛘?，工作氣體密封部120也可以將間隙110分隔為第I高圧區(qū)間126、上部加圧區(qū)間以及下部加圧區(qū)間。在此，上部加圧區(qū)間及下部加圧區(qū)間為與第I高圧區(qū)間126相鄰但與第2高圧流路104獨(dú)立的中間壓區(qū)域。上部加圧區(qū)間及下部加圧區(qū)間分別具有高于周圍環(huán)境壓力Pa且低于第I高圧Ph的第I中間壓及第2中間壓。第I中間壓可以與第2中間壓相等，也可以不同。第I中間壓及第2中間壓的至少一個(gè)可以與第2高圧Pl相等。
[0048]在一種實(shí)施方式中，至少一個(gè)第2高圧區(qū)間可以不與第I高圧區(qū)間126相鄰而在軸向上遠(yuǎn)離第I高圧區(qū)間126。這種情況下，工作氣體密封部120可以將間隙110分隔為第2高圧區(qū)間、上部加圧區(qū)間以及下部加圧區(qū)間。在此，上部加圧區(qū)間及下部加圧區(qū)間分別具有高于周圍環(huán)境壓力Pa且低于第2高圧Pl的第I中間壓及第2中間壓。
[0049]第2高圧P1、第I中間壓和/或第2中間壓可以從0.1lMPa到0.2MPa的范圍中選擇。如此，在周圍環(huán)境壓力Pa為大氣壓的情況下，能夠?qū)⒌?高圧區(qū)間(和/或加圧區(qū)間)與周圍環(huán)境壓力區(qū)間的差圧縮小至0.1MPa以下。該情況下，作為從周圍環(huán)境屏蔽加圧區(qū)間的一對(duì)外側(cè)密封件能夠使用磁流體密封件。
[0050]在一種實(shí)施方式中，工作氣體管路16可以具備將第I靜止部氣體管路18連接于第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22的第I回轉(zhuǎn)接頭以及將第2靜止部氣體管路20連接于第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24的第2回轉(zhuǎn)接頭。第I回轉(zhuǎn)接頭可以具備第I轉(zhuǎn)子及第I定子，并且在第I轉(zhuǎn)子與第I定子之間形成第I間隙。第I回轉(zhuǎn)接頭可以具備將第I間隙分隔為第I高圧區(qū)間、上部加圧區(qū)間以及下部加圧區(qū)間的第I工作氣體密封部。第2回轉(zhuǎn)接頭可以具備第2轉(zhuǎn)子及第2定子，并且在第2轉(zhuǎn)子與第2定子之間形成第2間隙。第2回轉(zhuǎn)接頭可以具備將第2間隙分隔為第2高圧區(qū)間、上部加圧區(qū)間以及下部加圧區(qū)間的第2工作氣體密封部。
[0051](第2實(shí)施方式)
[0052]圖2是概略地表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的圖。第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10與第I實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的不同點(diǎn)在于在兩個(gè)第2高圧區(qū)間(或者上部加圧區(qū)間及下部加圧區(qū)間)的兩側(cè)還設(shè)置有兩個(gè)緩沖區(qū)間。即，在第2高圧區(qū)間和周圍環(huán)境壓力區(qū)間之間形成有緩沖區(qū)間。
[0053]工作氣體密封部120在間隙110中形成第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156。第I緩沖區(qū)間154在軸向上與第2高圧區(qū)間124的與第I高圧區(qū)間126相反的一側(cè)相鄰。第2緩沖區(qū)間156在軸向上與下部第2高圧區(qū)間128的與第I高圧區(qū)間126相反的一側(cè)相鄰。并且，第I緩沖區(qū)間154包括在轉(zhuǎn)子106的外周面上繞旋轉(zhuǎn)軸形成的第I環(huán)狀槽155。第2緩沖區(qū)間156包括在轉(zhuǎn)子106的外周面上繞旋轉(zhuǎn)軸形成的第2環(huán)狀槽157。
[0054]第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156分別具有高于周圍環(huán)境壓力Pa且低于第2高圧Pl的第I緩沖壓及第2緩沖壓。第I緩沖壓可以與第2緩沖壓相等，也可以不同。
[0055]工作氣體密封部120除了具備第I密封件132、第2密封件134、第3密封件136以及第4密封件138之外，還具備第I輔助密封件158及第2輔助密封件160。這些六個(gè)密封件以在軸向上彼此分開的方式配設(shè)于間隙110。與其他密封件相同，第I輔助密封件158及第2輔助密封件160也是在轉(zhuǎn)子106的外周面與定子108的內(nèi)周面之間繞旋轉(zhuǎn)軸延伸的環(huán)形或者環(huán)狀的密封部件，例如O型環(huán)等密封環(huán)。
[0056]第I輔助密封件158確定上部周圍環(huán)境壓力區(qū)間122與第I緩沖區(qū)間154之間的邊界。第2輔助密封件160確定第2緩沖區(qū)間156與下部周圍環(huán)境壓力區(qū)間130之間的邊界。第I輔助密封件158及第2輔助密封件160為從周圍環(huán)境屏蔽緩沖區(qū)間的一對(duì)最外側(cè)密封件。第I密封件132及第4密封件138位于這些最外側(cè)密封件之間。因此，第I密封件132確定第I緩沖區(qū)間154與上部第2高圧區(qū)間124之間的邊界。第4密封件138確定下部第2高圧區(qū)間128與第2緩沖區(qū)間156之間的邊界。
[0057]根據(jù)第2實(shí)施方式，第I高圧區(qū)間126被兩個(gè)第2高圧區(qū)間夾持，而這些兩個(gè)第2高圧區(qū)間又被兩個(gè)緩沖區(qū)間夾持。這樣，在第I高圧區(qū)間126的兩側(cè)，在第I高圧區(qū)間126與周圍環(huán)境壓力Pa之間存在兩個(gè)中間壓區(qū)間。因此，與第I高圧區(qū)間126直接與周圍環(huán)境壓力Pa相鄰的情況相比，能夠降低第I高壓工作氣體從第I高壓區(qū)間126向周圍環(huán)境的泄漏。并且，與第2高圧區(qū)間直接與周圍環(huán)境壓力Pa相鄰的情況相比，能夠降低第2高壓工作氣體從第2高圧區(qū)間向周圍環(huán)境的泄漏。
[0058]第I緩沖壓和/或第2緩沖壓可以從0.1lMPa到0.2MPa的范圍中選擇。如此，在周圍環(huán)境壓力Pa為大氣壓的情況下，能夠?qū)⒕彌_區(qū)間與周圍環(huán)境壓力區(qū)間的差圧縮小為0.1MPa以下。該情況下，作為從周圍環(huán)境屏蔽緩沖區(qū)間的一對(duì)最外側(cè)密封件能夠使用磁流體密封件。并且，能夠?qū)⒊蜏刂评錂C(jī)10的正常運(yùn)轉(zhuǎn)壓力用作第2高圧P1。這種情況下，第2高圧Pl可以為例如選自高于0.2MPa且低于IMPa的范圍中的壓力。
[0059]在一種實(shí)施方式中，如圖3所示，回轉(zhuǎn)接頭100可以具備緩沖容積162或者壓力控制容積。緩沖容積162例如為緩沖箱。緩沖容積162設(shè)置于靜止部50，并且經(jīng)由連接通路164連接于第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156。緩沖容積162具有高于周圍環(huán)境壓力Pa且低于第2高圧Pl的圧力，例如選自0.IIMPa到0.2MPa的范圍中的圧力。即使氣體通過(guò)第I密封件132及第4密封件138向緩沖區(qū)間泄漏，也能夠通過(guò)緩沖容積162抑制第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156的壓力上升。
[0060]在一種實(shí)施方式中，緩沖容積162可以設(shè)置于旋轉(zhuǎn)部52，該情況下，緩沖容積162可以經(jīng)由作為連接通路164的轉(zhuǎn)子內(nèi)部流路連接于第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156。并且，在一種實(shí)施方式中，緩沖容積162可以包括與第I緩沖區(qū)間154連接的第I緩沖容積以及與第2緩沖區(qū)間156連接的第2緩沖容積。
[0061]在一種實(shí)施方式中，如圖4所示，回轉(zhuǎn)接頭100可以在連接通路164具備壓力控制閥166。緩沖容積162經(jīng)由壓力控制閥166連接于第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156。壓力控制閥166通過(guò)緩沖容積162與緩沖區(qū)間之間的差圧進(jìn)行機(jī)械開閉。若緩沖區(qū)間成為高圧且差圧超過(guò)規(guī)定值，則壓力控制閥166被打開。這樣，能夠通過(guò)壓力控制閥166向緩沖容積162釋放第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156的圧力。由此，能夠抑制第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156的壓力上升。
[0062]在一種實(shí)施方式中，回轉(zhuǎn)接頭100可以具備第I壓力控制閥及第2壓力控制閥。緩沖容積162可以經(jīng)由第I壓力控制閥連接于第I緩沖區(qū)間154，經(jīng)由第2壓力控制閥連接于第2緩沖區(qū)間156。
[0063]在一種實(shí)施方式中，如圖5所示，回轉(zhuǎn)接頭100可以在連接通路164具備輔助壓縮機(jī)168，從而代替緩沖容積162。并且還可以設(shè)置用于測(cè)定緩沖區(qū)間及連接通路164的圧力的壓力傳感器170。并且，也可以設(shè)置根據(jù)壓力傳感器170的測(cè)定圧力來(lái)控制輔助壓縮機(jī)168的控制部172?？刂撇?72為用于控制超低溫制冷機(jī)10的控制裝置的一部分。
[0064]第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156經(jīng)由輔助壓縮機(jī)168連接于上部第2高圧區(qū)間124?？刂撇?72從壓力傳感器170的測(cè)定圧力確定緩沖區(qū)間的圧力是否超過(guò)規(guī)定值。在緩沖區(qū)間的圧力未超過(guò)規(guī)定值時(shí)，控制部172不會(huì)使輔助壓縮機(jī)168運(yùn)行。另一方面，當(dāng)緩沖區(qū)間的圧力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，控制部172使輔助壓縮機(jī)168運(yùn)行。這樣，輔助壓縮機(jī)168從第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156回收氣體并進(jìn)行壓縮，并將該氣體供給至上部第2高圧區(qū)間124。這樣也能夠抑制第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156的壓力上升。
[0065]在一種實(shí)施方式中，第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156可以經(jīng)由輔助壓縮機(jī)168連接于第I高圧區(qū)間126、下部第2高圧區(qū)間128或者超低溫制冷機(jī)10中的其他任意高圧區(qū)域。并且，在一種實(shí)施方式中，輔助壓縮機(jī)168可以包括第I輔助壓縮機(jī)及第2輔助壓縮機(jī)。第I緩沖區(qū)間154可以經(jīng)由第I輔助壓縮機(jī)連接于上部第2高圧區(qū)間124或者其他任意高圧區(qū)域。第2緩沖區(qū)間156可以經(jīng)由第2輔助壓縮機(jī)連接于下部第2高圧區(qū)間128或者其他任意高圧區(qū)域。在一種實(shí)施方式中，回轉(zhuǎn)接頭100可以具備緩沖容積162及輔助壓縮機(jī)168這兩者。
[0066]在一種實(shí)施方式中，工作氣體密封部120可以在間隙110中僅形成第I緩沖區(qū)間154及第2緩沖區(qū)間156中的一個(gè)區(qū)間。并且，在一種實(shí)施方式中，可以在第I緩沖區(qū)間154和/或第2緩沖區(qū)間156密封與超低溫制冷機(jī)10的工作氣體不同的氣體，例如與周圍環(huán)境相同的氣體。
[0067](第3實(shí)施方式)
[0068]圖6是概略地表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的圖。第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10與第I及第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的不同點(diǎn)在于低圧側(cè)的密封結(jié)構(gòu)。
[0069]與第I及第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10相同，在第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10中，在轉(zhuǎn)子106與定子108之間也形成有間隙110。定子108與轉(zhuǎn)子106相鄰配置以形成間隙110。
[0070]轉(zhuǎn)子106具備固定于旋轉(zhuǎn)部52的轉(zhuǎn)子基部112以及沿著旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸從轉(zhuǎn)子基部112以同軸方式延伸的轉(zhuǎn)子軸部174。轉(zhuǎn)子基部112具有在旋轉(zhuǎn)軸的周圍沿徑向延伸且與旋轉(zhuǎn)軸垂直的環(huán)狀平坦面175。轉(zhuǎn)子軸部174比轉(zhuǎn)子基部112細(xì)。轉(zhuǎn)子軸部174從環(huán)狀平坦面175的中心部突出，直至轉(zhuǎn)子軸端114。
[0071]對(duì)應(yīng)于這種轉(zhuǎn)子的形狀，定子108具備定子小徑部176及定子大徑部178。定子108具備在定子小徑部176與定子大徑部178之間沿徑向連接定子小徑部176與定子大徑部178的定子階梯部177。定子小徑部176以與轉(zhuǎn)子軸端114同軸的方式包圍轉(zhuǎn)子軸端114，定子大徑部178以與轉(zhuǎn)子軸部174同軸的方式包圍轉(zhuǎn)子軸部174。
[0072]并且，定子108具備固定于支承臺(tái)62的定子底壁部179。定子底壁部179封閉定子小徑部176的下端，從而形成包圍轉(zhuǎn)子軸端114的半封閉區(qū)段。定子108從結(jié)構(gòu)上保持定子108的下端的氣密性，以此代替將密封件夾入相鄰的兩個(gè)部件之間。
[0073]定子小徑部176沿著旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸從定子底壁部179朝向定子階梯部177延伸。定子大徑部178沿著旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸從定子階梯部177朝向定子端118延伸。
[0074]工作氣體密封部120將間隙110分隔為與第I高圧流路102連通的第I高圧區(qū)間126及與第2高圧流路104連通的第2高圧區(qū)間127。第I高圧區(qū)間126與第2高圧區(qū)間127相鄰。周圍環(huán)境壓力區(qū)間123與第2高圧區(qū)間127的與第I高圧區(qū)間126相反的一側(cè)相鄰。因此，工作氣體密封部120具備在軸向上彼此分開配設(shè)的三個(gè)密封件，S卩，第I密封件132、第2密封件134以及密封盤180。
[0075]密封盤180以從周圍環(huán)境壓力Pa屏蔽第2高圧區(qū)間127的方式繞旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸配設(shè)。密封盤180被定子大徑部178包圍。并且，密封盤180為以與轉(zhuǎn)子軸部174同軸的方式包圍轉(zhuǎn)子軸部174的筒狀部件。該筒部的一側(cè)端面為與環(huán)狀平坦面175接觸的環(huán)形的密封面182。筒部的另一側(cè)端面為面朝第2高圧區(qū)間127的受壓面184。受壓面184接受第2高圧P1，由此向環(huán)狀平坦面175按壓密封盤180。
[0076]并且，工作氣體密封部120具備將密封盤180連結(jié)于定子108且使密封盤180向環(huán)狀平坦面175施力的施力部件186。施力部件186例如為壓簧。施力部件186的一端安裝于定子階梯部177，另一端安裝于受壓面184。不僅通過(guò)第2高圧Pl向環(huán)狀平坦面175按壓密封盤180，還通過(guò)施力部件186向環(huán)狀平坦面175按壓密封盤180。
[0077]由于密封盤180連結(jié)于定子108，因此密封盤180為與定子108相同的非旋轉(zhuǎn)部件。但是，密封盤180連結(jié)成相對(duì)于定子108在軸向上存在游隙。在定子大徑部178設(shè)置有導(dǎo)銷188，密封盤180具有容納導(dǎo)銷188的導(dǎo)銷孔190。導(dǎo)銷188從定子大徑部178的內(nèi)周面朝向徑向內(nèi)側(cè)突出。導(dǎo)銷孔190形成在密封盤180的外周面的與導(dǎo)銷188對(duì)置的位置。導(dǎo)銷188與導(dǎo)銷孔190之間在軸向上具有游隙，在密封盤180向環(huán)狀平坦面175施力的情況下，密封盤180能夠在軸向上稍微移動(dòng)。
[0078]密封面182確定周圍環(huán)境壓力區(qū)間123與第2高圧區(qū)間127之間的邊界。第I密封件132也確定周圍環(huán)境壓力區(qū)間123與第2高圧區(qū)間127之間的邊界。但是，第I密封件132配設(shè)于定子108與密封盤180之間。第I密封件132在定子大徑部178的內(nèi)周面與密封盤180的外周面之間的間隙中繞旋轉(zhuǎn)軸沿周向延伸。第2密封件134確定第2高圧區(qū)間127與第I高圧區(qū)間126之間的邊界。第2密封件134在定子小徑部176的內(nèi)周面與轉(zhuǎn)子軸部174的外周面之間的間隙中繞旋轉(zhuǎn)軸沿周向延伸。第I高圧區(qū)間126形成于轉(zhuǎn)子軸端114與定子底壁部179之間。
[0079]第I高圧流路102具有第I轉(zhuǎn)子流路192及第I定子流路194。第I轉(zhuǎn)子流路192沿軸向從轉(zhuǎn)子基部112向轉(zhuǎn)子軸端114貫穿轉(zhuǎn)子軸部174。第I定子流路194沿徑向貫穿定子小徑部176。第I高圧工作氣體從第I靜止部氣體管路18通過(guò)第I定子流路194、第I高圧區(qū)間126以及第I轉(zhuǎn)子流路192流向第I旋轉(zhuǎn)部氣體管路22。
[0080]第2高圧流路104具有第2轉(zhuǎn)子流路196及第2定子流路198。第2轉(zhuǎn)子流路196沿軸向貫穿轉(zhuǎn)子基部112。第2定子流路198沿徑向貫穿定子大徑部178。第2高圧工作氣體從第2旋轉(zhuǎn)部氣體管路24通過(guò)第2轉(zhuǎn)子流路196、第2高圧區(qū)間127以及第2定子流路198流向第2靜止部氣體管路20。
[0081]根據(jù)第3實(shí)施方式，工作氣體密封部120在密封盤180與轉(zhuǎn)子基部112之間形成軸向接觸密封。通過(guò)充分加大密封面182的面積，能夠顯著降低第2高圧工作氣體從第2高圧區(qū)間127向周圍環(huán)境的泄漏。第I密封件132設(shè)置在兩個(gè)非旋轉(zhuǎn)部件之間，因此與將其設(shè)置于旋轉(zhuǎn)部52與靜止部50之間時(shí)相比，更容易實(shí)現(xiàn)良好的密封性。
[0082]并且，由于定子108的下端被定子底壁部179封閉，因此能夠防止第I高圧工作氣體從第I高圧區(qū)間126向周圍環(huán)境泄漏。
[0083]工作氣體密封部120在第I高圧區(qū)間126具有第I直徑，在第2高圧區(qū)間127具有第2直徑，且第I直徑小于第2直徑。由此，第2密封件134的周向長(zhǎng)度比第I密封件132的周向長(zhǎng)度短。通過(guò)將較短的密封件用于高壓側(cè)，能夠抑制從高圧側(cè)的泄漏。
[0084]在一種實(shí)施方式中，如圖7所示，工作氣體密封部120具備配設(shè)于密封盤180與轉(zhuǎn)子106之間且繞旋轉(zhuǎn)部52的旋轉(zhuǎn)軸延伸的第I輔助密封件158。
[0085]轉(zhuǎn)子軸部174可以具備用于安裝第I輔助密封件158的擴(kuò)徑部174a。第I輔助密封件158可以在密封盤180的內(nèi)周面與轉(zhuǎn)子軸部174的擴(kuò)徑部174a的外周面之間的間隙中繞旋轉(zhuǎn)軸沿周向延伸。第I輔助密封件158可以在與第I密封件132相同的軸向位置配置于第I密封件132的徑向內(nèi)側(cè)。
[0086]間隙110可以包括形成在第I輔助密封件158與密封面182之間的緩沖區(qū)間153。緩沖區(qū)間153可以具有高于周圍環(huán)境壓力Pa且低于第2高圧Pl的緩沖壓。這樣也能夠降低第2高壓工作氣體從第2高圧區(qū)間127向周圍環(huán)境的泄漏。
[0087](第4實(shí)施方式)
[0088]圖8是概略地表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的圖。與第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10相同，在第4實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10中，工作氣體密封部120在第I高圧區(qū)間126具有第I直徑，在第2高圧區(qū)間127具有第2直徑，且第I直徑比第2直徑小。
[0089]但是，第4實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10與第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的不同點(diǎn)在于不具有密封盤。與第I及第2實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10相同，第4實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10具有第I密封件132、第2密封件134以及第3密封件136。
[0090]第I高圧區(qū)間126的直徑小于第2高圧區(qū)間127的直徑，因此第2密封件134及第3密封件136的周向長(zhǎng)度比第I密封件132的周向長(zhǎng)度短。通過(guò)將較短的密封件用于高壓側(cè)，能夠抑制從高壓側(cè)的泄漏。換言之，間隙110在高圧側(cè)具有比低圧側(cè)小的流路截面積。這樣也能夠抑制第I高壓工作氣體從第I高圧區(qū)間126向周圍環(huán)境的泄漏。
[0091]在一種實(shí)施方式中，第3密封件136的軸向上的厚度可以大于第I密封件132和/或第2密封件134的軸向上的厚度。
[0092](第5實(shí)施方式)
[0093]圖9是概略地表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的圖。與第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10相同，在第5實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10中，形成有定子底壁部179包圍轉(zhuǎn)子軸端114而成的半封閉區(qū)段。但是，第5實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10與第3實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10的不同點(diǎn)在于不具有密封盤。這樣也能夠防止第I高壓工作氣體從第I高圧區(qū)間126向周圍環(huán)境泄漏。
[0094]另外，與第4實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10相同，在第5實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10中，工作氣體密封部120也可以在第I高圧區(qū)間126具有第I直徑，在第2高圧區(qū)間127具有第2直徑，且第I直徑可以小于第2直徑。第2密封件134的周向長(zhǎng)度可以比第I密封件132的周向長(zhǎng)度短。
[0095](第6實(shí)施方式)
[0096]圖10是概略地表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電裝置200的圖。超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電裝置200具有豎立設(shè)置在基礎(chǔ)202上的支柱204、設(shè)置在支柱204上端的短艙206以及旋轉(zhuǎn)自如地組裝在該短艙206的旋轉(zhuǎn)頭208。旋轉(zhuǎn)頭208上安裝有多個(gè)風(fēng)車葉片210。在短艙206的內(nèi)部，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)212連接在旋轉(zhuǎn)頭208。
[0097]超導(dǎo)發(fā)電機(jī)212具備靜止部50、旋轉(zhuǎn)部52以及將靜止部50連結(jié)于旋轉(zhuǎn)部52的連結(jié)機(jī)構(gòu)214。旋轉(zhuǎn)部52具有超導(dǎo)線圈。連結(jié)機(jī)構(gòu)214包括第I至第5實(shí)施方式中任意實(shí)施方式所涉及的回轉(zhuǎn)接頭100。并且，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)212上設(shè)置有第I至第5實(shí)施方式中任意實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)10。如上所述，靜止部50上設(shè)置有壓縮機(jī)12，旋轉(zhuǎn)部52上設(shè)置有膨脹機(jī)14。旋轉(zhuǎn)部52的超導(dǎo)線圈通過(guò)膨脹機(jī)14被冷卻。這樣，能夠提供對(duì)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)212的旋轉(zhuǎn)部52進(jìn)行冷卻的超低溫制冷機(jī)10。
[0098]以上，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，可以進(jìn)行各種設(shè)計(jì)變更，可以存在各種變形例，并且這些變形例也屬于本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，該超低溫制冷機(jī)的特征在于，具備: 壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部； 膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部； 回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接， 所述回轉(zhuǎn)接頭具備: 轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部； 定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部； 第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路； 第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路； 工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間、與所述第I高圧區(qū)間相鄰且與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間以及與所述第I高壓區(qū)間的與所述第2高壓區(qū)間相反的一側(cè)相鄰的加壓區(qū)間，其中， 所述加圧區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的中間壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述工作氣體密封部形成與所述第2高壓區(qū)間的與所述第I高壓區(qū)間相反的一側(cè)相鄰的第I緩沖區(qū)間，所述第I緩沖區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第2高壓的第I緩沖壓。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述超低溫制冷機(jī)還具備與所述第I緩沖區(qū)間連接的緩沖容積。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述緩沖容積經(jīng)由壓力控制閥連接于所述第I緩沖區(qū)間。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述超低溫制冷機(jī)還具備從所述第I緩沖區(qū)間回收氣體的輔助壓縮機(jī)。6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述第I緩沖壓選自0.1 IMPa至0.2MPa的范圍中。7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述工作氣體密封部形成與所述加壓區(qū)間的與所述第I高圧區(qū)間相反的一側(cè)相鄰的第2緩沖區(qū)間，所述第2緩沖區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述中間壓的第2緩沖壓。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述加圧區(qū)間與所述第2高圧流路連通。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述第2高圧和/或所述中間壓選自0.1 IMPa到0.2MPa的范圍中。10.—種回轉(zhuǎn)接頭，其用于超低溫制冷機(jī)的壓縮機(jī)與所述超低溫制冷機(jī)的膨脹機(jī)之間的流體的連接，該回轉(zhuǎn)接頭的特征在于， 所述壓縮機(jī)設(shè)置在靜止部，所述膨脹機(jī)設(shè)置在以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部，所述回轉(zhuǎn)接頭具備: 轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部； 定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部； 工作氣體的流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的壓力的工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路；以及 工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述工作氣體的流路連通的高圧區(qū)間、與所述高圧區(qū)間相鄰的第I加圧區(qū)間以及與所述高圧區(qū)間的與所述第I加圧區(qū)間相反的一側(cè)相鄰的第2加圧區(qū)間，其中， 所述第I加圧區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述高圧區(qū)間的壓力的第I中間壓，所述第2加圧區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述高壓區(qū)間的壓力的第2中間壓。11.一種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，該超低溫制冷機(jī)的特征在于，具備: 壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部； 膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部； 回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接， 所述回轉(zhuǎn)接頭具備: 轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部； 定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部； 第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路； 第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路； 工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間和與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間，其中， 所述轉(zhuǎn)子具有在所述旋轉(zhuǎn)軸的周圍沿徑向延伸且與所述旋轉(zhuǎn)軸垂直的環(huán)狀平坦面，所述工作氣體密封部具備以從所述周圍環(huán)境壓力屏蔽所述第2高圧區(qū)間的方式繞所述旋轉(zhuǎn)軸配設(shè)的密封盤，所述密封盤具有與所述環(huán)狀平坦面接觸的密封面。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述工作氣體密封部具備施力部件，所述施力部件將所述密封盤連結(jié)于所述定子且使所述密封盤向所述環(huán)狀平坦面施力。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述密封盤具有接受所述第2高壓的受壓面，通過(guò)所述第2高圧，向所述環(huán)狀平坦面按壓所述密封盤。14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述工作氣體密封部具備配設(shè)于所述密封盤與所述轉(zhuǎn)子之間且繞所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的第I輔助密封件，所述間隙包括在所述第I輔助密封件與所述密封面之間形成的緩沖區(qū)間，所述緩沖區(qū)間具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第2高圧的緩沖壓。15.—種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，該超低溫制冷機(jī)的特征在于，具備: 壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部； 膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部； 回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接， 所述回轉(zhuǎn)接頭具備: 轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部； 定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部； 第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路； 第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路； 工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間和與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間，其中， 所述工作氣體密封部在所述第I高圧區(qū)間具有第I直徑，在所述第2高圧區(qū)間具有第2直徑，且所述第I直徑小于所述第2直徑。16.—種超低溫制冷機(jī)，其設(shè)置于具有靜止部和以能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述靜止部的旋轉(zhuǎn)部的裝置，該超低溫制冷機(jī)的特征在于，具備: 壓縮機(jī)，設(shè)置在所述靜止部； 膨脹機(jī)，設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)部； 回轉(zhuǎn)接頭，用于所述壓縮機(jī)與所述膨脹機(jī)之間的流體的連接， 所述回轉(zhuǎn)接頭具備: 轉(zhuǎn)子，以與所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)軸同軸的方式固定于所述旋轉(zhuǎn)部； 定子，與所述轉(zhuǎn)子相鄰配置以在所述定子與所述轉(zhuǎn)子之間形成間隙，并且所述定子固定于所述靜止部； 第I高壓流路，其為具有高于所述超低溫制冷機(jī)的周圍環(huán)境壓力的第I高壓的第I高壓工作氣體的流路，且為從所述定子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述轉(zhuǎn)子的氣體流路； 第2高壓流路，其為具有高于所述周圍環(huán)境壓力且低于所述第I高壓的第2高壓的第2高壓工作氣體的流路，且為從所述轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)所述間隙一直到所述定子的氣體流路； 工作氣體密封部，將所述間隙分隔為與所述第I高圧流路連通的第I高圧區(qū)間和與所述第2高圧流路連通的第2高圧區(qū)間，其中， 所述轉(zhuǎn)子具備: 轉(zhuǎn)子基部，固定于所述旋轉(zhuǎn)部； 轉(zhuǎn)子軸端，在軸向上位于與所述轉(zhuǎn)子基部相反的一側(cè)，并且在所述轉(zhuǎn)子軸端與所述定子之間形成所述第I高圧區(qū)間， 所述定子具備定子底壁部，所述定子底壁部包圍所述轉(zhuǎn)子軸端而形成半封閉區(qū)段。
【文檔編號(hào)】F25B9/00GK105928236SQ201610033574
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日
【發(fā)明人】許名堯
【申請(qǐng)人】住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社