中古極低温冷凍機（極低温冷凍装置）の在庫・価格

極低温冷凍機は、ヘリウムガスを冷媒として圧縮と断熱膨張をくり返し、液体窒素や液体ヘリウムなどの寒剤を使わずに数Kから数十Kの低温をつくる小型の機械式冷凍機である。真空ポンプのカテゴリで扱われるのは、主にクライオポンプの冷却源として使われるためだが、単体でも低温実験装置や超電導機器の冷却源として広く使われる。
基本の構成は閉サイクルで、室温側に置く圧縮機ユニットと、冷却対象に取り付ける膨張機(コールドヘッド)を、フレキシブルな高圧・低圧ホースでつなぐ。代表的なGM(ギフォード・マクマホン)冷凍機では、圧縮機から送られた高圧ヘリウムを吸気弁から膨張機に入れ、蓄冷材を詰めたディスプレーサをシリンダ内で往復させる。高圧ガスは蓄冷器を通る間に冷やされ、低温端で排気側に切り替えて減圧すると膨張して寒冷が生じる。戻りの低圧ガスは蓄冷器にたまった熱を受け取って室温に戻り、圧縮機へ帰る。ディスプレーサの駆動には、モータとクランク機構で動かす方式と、ガス圧で動かすソルベイ方式がある。
型式は到達温度と段数で大きく分けられる。単段機は20K付近や77K付近で大きな冷凍能力を得る用途に向き、超電導関連機器の冷却や液体窒素関連の用途に使われる。2段機は1段目を数十K、2段目を10K前後に冷やし、蓄冷材を工夫した4K級機ではヘリウムの液化温度域まで届く。一般に1段目は冷凍能力が大きく、2段目は小さい。2段目の能力は1段目の熱負荷にも左右される。このほか、低温部に可動部がなく振動の少ないパルスチューブ冷凍機や、2段GM冷凍機にジュール・トムソン膨張を組み合わせて4K域での温度安定性と効率を高めた方式もある。
クライオポンプでは2段式の冷凍機が使われる。80K以下に冷やした1段目にシールドとバッフルを取り付けて室温からの輻射熱を遮り、水蒸気をここで凝縮させる。2段目に取り付けたクライオパネルでは、外面に窒素・酸素・アルゴンなどを凝縮させ、内側の吸着剤に水素・ネオン・ヘリウムを吸着させる。正常に排気するには、1段目側が130K以下、パネル側が20K以下であることが目安とされる。冷凍機の冷凍能力はポンプの最大流量や許容できる粗引き圧力を左右し、大口径のポンプほど輻射による入熱が大きいため、能力の高い冷凍機が必要になる。
用途は、半導体・電子部品の成膜装置やスパッタ装置に使うクライオポンプのほか、MRIやNMRの超電導マグネット、加速器、電波天文観測の受信機やセンサーの冷却、物性測定用クライオスタット、希釈冷凍機の予冷などに広がっている。振動を嫌う分析装置ではパルスチューブ型が選ばれやすい。
実務では、ヘリウムの純度と充填圧の管理、圧縮機の冷却方式(水冷か空冷か)と電源条件の確認、圧縮機の吸着器やコールドヘッドのシール類・ディスプレーサなど消耗部品の定期交換を前提にした保守計画が重要になる。クライオポンプ用途では、吸着剤が油蒸気で汚れると再生しても元に戻らないため、油の逆流防止も欠かせない。中古品を検討するなら、運転時間の記録、到達温度や冷凍能力の試験結果、圧縮機とコールドヘッドの組み合わせが適合しているかを確認したい。