(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
７７Ｋよりも高く１２０Ｋよりも低い冷却温度で冷却可能な閉サイクル冷凍システムにおいて、該システムは、混合気体冷媒で作動する単段圧縮機を有し、該混合気体冷媒は、前記冷却温度より低いか、もしくは冷却温度と等しい通常沸点温度を有する第一の低沸点構成物と、前記冷却温度よりも高い通常沸点温度を有する高沸点成分を含む第二の構成物と、該混合気体冷媒の３０モル％よりも大きくない量の非凝縮性気体からなる第三の構成物とからなり、前記第一の構成物および第二の構成物を含むが、前記第三の構成物は含まない参照冷媒を用いて、前記冷却温度での冷却を提供するために同一のシステムを使用する場合の参照戻り圧を参照して調整された戻り圧で作動する低圧ラインをさらに含み、該調整された戻り圧で作動する低圧ラインにより、前記参照冷媒を用いて前記参照戻り圧で前記冷却温度での冷却を提供する際における同一のシステムの到達可能温度よりも高い冷却温度において、該システムの冷却容量を増大させる閉サイクル冷凍システム。
【請求項２】
前記第一の低沸点構成物は、窒素を含むことを特徴とする請求項１に記載の混合気体冷媒。
【請求項３】
前記第一の低沸点構成物は、窒素を含み、前記第二の高沸点構成物は、少なくとも一種の炭化水素を含むことを特徴とする請求項１に記載の混合気体冷媒。
【請求項４】
前記第二の高沸点成分は、炭化水素のクロロフルオロ誘導体を含むことを特徴とする請求項３に記載の混合気体冷媒。
【請求項５】
前記第一の低沸点成分は、アルゴンを含むことを特徴とする請求項１に記載の混合気体冷媒。
【請求項６】
前記第二の高沸点成分は、少なくとも一種の炭化水素を含むことを特徴とする請求項５に記載の混合気体冷媒。
【請求項７】
前記第二の高沸点成分は、炭化水素のクロロフルオロ誘導体を含むことを特徴とする請求項６に記載の混合気体冷媒。
【請求項８】
前記第三の冷媒は、ヘリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の混合気体冷媒。
【請求項９】
前記第三の冷媒は、水素を含むことを特徴とする請求項１に記載の混合気体冷媒。
【請求項１０】
前記第三の冷媒は、ネオンを含むことを特徴とする請求項１に記載の混合気体冷媒。
【請求項１１】
高圧と低戻り圧との間の単段圧縮機で作動する閉サイクル絞り冷凍システムの冷却容量を増大する方法において、
該システムは、７７Ｋより高く１２０Ｋより低い所定の冷却温度を得るために、絞りで制御され且つ混合気体冷媒を使用し、該混合気体冷媒は、前記冷却温度と等しいか、それより低い通常沸点を有する第一の構成物と、前記冷却温度より高い通常沸点を有する第二の構成物を含み、
前記混合冷媒に、前記所定の冷却温度において非凝縮性である気体を少なくとも一種含む第三の構成物を加え、
該所定の冷却温度を保つため、システムの低戻り圧を調整することにより、
該低戻り圧の調整後の前記所定の冷却温度における該システムの冷却容量を、前記第一の構成物および第二の構成物を含むが、前記第三の構成物は含まない参照冷媒を用いて、調整前の低戻り圧と等しい参照戻り圧で、前記所定の冷却温度で作動する同一のシステムの冷却容量よりも高くする方法。
【請求項１２】
前記第一の構成物は、窒素を含み、前記第二の構成物は、炭化水素を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記低戻り圧は、前記絞りを調整することにより調整される請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、極低温冷却に係り、特に、従来の絞りサイクル冷凍機（またはジュール・トムソン型冷凍機）の冷却容量を増大させることに関する。また、本発明は、既知の混合冷媒を用いた従来のシステムよりも、圧縮機への戻り圧を増加することと相俟って用いられる特殊混合冷媒を提供することに関する。
一般に”混合気体冷媒”または”ＭＲ”と呼ばれる混合冷媒を用いた絞り極低温サイクルは、周知であり、多くの文献に記載されている。こうした混合冷媒を用いたサイクルにおける供給圧Ｐｈは、たとえば窒素やアルゴンのような純粋な冷媒を用いて作動する極低温サイクルにおける供給圧よりも、一般的に低い。後者の場合、供給圧は、通常、１００気圧（ａｔｍ）を超える。英国特許１，３３６，８９２号は、ＭＲを用いて吐出作動圧を５０ａｔｍにも低くする発明を開示しているし、また、米国特許５，３３７，５７２号は、２５ａｔｍより少ない吐出圧で作動する単段圧縮機に基づく極低温サイクルを開示している。供給圧を低く押さえれば、従来の様々な工業用圧縮機を用いることが可能となるため、作動装置にに要する費用を縮減でき、また冷却機のデザインを簡易化できる。
混合冷媒は、窒素、アルゴン、メタンのような低沸点成分、および、炭化水素ＨＣもしくは炭化水素のクロロフルオロ誘導体ＨＣＦＣｌのような高沸点成分を含むことが知られている。極低温サイクルの効率を高めるため、こうした冷媒構成物のいくつかを、適量のモル％で選択し、組み合わせる試みがなされてきた。特に、米国特許５，４４１，６５８号は、窒素をベースとした冷媒に、３０％より多いプロパンを加えることにより、低い吐出圧で作動する冷却サイクルのカルノー効果が高まることを示唆している。
前述した英国特許１，３３６，８９２号もまた、ネオン、水素もしくはヘリウムを５〜４０％加えると、冷却温度が下がる旨を伝えている。これらの物質の臨界温度は、いずれも冷却温度Ｔｒより低く、このため、これらは混合冷媒の非凝縮性成分と呼ばれる。これらの成分は、本来的冷媒のみによって達成され得る温度よりも低い冷却温度を達成するために選択される。ところで、これまでに知られる先行技術は、窒素、アルゴン、メタンもしくはこれらの混合物をベースとした本来的混合冷媒の到達可能温度よりも高い冷却温度において、該冷媒成分を用いることについては言及していない。様々な非凝縮性成分の中から、ここではヘリウムを選び、以下本発明の概念を説明するが、ヘリウムを例に説明する発明概念のすべては、水素およびネオンについても同様に有効である。
従来的な考え方に従えば、ヘリウムを含む混合冷媒ＭＲの冷却容量率ｑｒは、ジュール／モルまたはワット／モル／分で測定されるが、同じ混合冷媒がヘリウムを含まない場合よりも低い。従って、ヘリウムを混合冷媒ＭＲに添加した場合、冷却サイクルにおけるカルノー効果の最大可能値もまた、同様に低下するという結論が導かれる。
例えば、図１は、窒素−炭化水素冷媒と、相異なるモル％のヘリウムを含有する同じ窒素−炭化水素冷媒とを比較したものであり、該サイクルの戻り圧Ｐｌ、即ちクリオスタットから混合冷媒が圧縮機に戻る圧力を、０．１〜０．３ＭＰａａｔｍ（１〜３ａｔｍ）とした場合のデータである。従来的な考え方をすると、混合物内のヘリウム含有量が増えれば、冷却容量率ｑｒは低下することになる。例えば、混合冷媒のヘリウム含有量を１２％とした場合、ｑｒおよびカルノー効果の両者ともに、２５〜３０％低下する（図１）。このような理由から、従来の慣行では、ヘリウム、水素もしくはネオンを添加しなくても到達可能な温度における冷却に、ヘリウムの使用を奨励することはなかった。
発明の概要
本発明は、窒素やアルゴンのような低沸点成分の通常沸点よりも高い温度において、これまでの極低温冷凍システムを凌ぐ冷却を可能にする方法および混合気体冷媒を提供するために開発されたものである。ここにおける冷却容量の増大は、混合冷媒にヘリウムを添加し、同時に冷却サイクルの戻り圧値を高めることにより、達成される。
冷媒成分を混合し、冷却温度Ｔｒを下げるために、これにヘリウムを添加することはすでに周知であるが、本発明においては、ヘリウムはむしろ冷凍システムの冷却容量を高めるために添加される。即ち、本発明は、現存の混合冷媒にヘリウムを添加することにより、該混合冷媒の本来的冷却温度を保たせたまま、冷却容量を増大させるのである。これは、混合冷媒に添加するヘリウムのモル％と、本来的もしくはヘリウムを添加する前の冷却サイクルの戻り圧値との関係をあらかじめ定め、これに従って冷凍システムの戻り圧値Ｐｌを高めることにより達成される。また、ネオンもしくは水素のいずれかとヘリウムを組み合わせることにより、あるいはヘリウムをこれらに置き換えることにより、同様の効果を得ることができる。
ヘリウム、もしくはネオンや水素のようなＴｒより臨界温度が低いその他の気体を加えて、混合冷媒の冷却容量を増大すると、冷凍システムの安定性および最大許容量が改善され、その結果、システム内の戻りラインにおける液圧のより大きな変化にも適応できるようになる。これにより、システム内における同じ液圧降下に対し、より広い範囲で冷却温度Ｔｒを一定に保つことが容易となる。
本発明は、混合冷媒により７７Ｋ〜１２０Ｋの冷却温度で運転する閉サイクル絞り冷凍機に基づいている。本発明においては、ヘリウム、水素および／またはネオンを加えること、および冷媒の戻り圧Ｐｌを増大することにより、冷凍機の冷却容量の増加が達成される。従って、本発明における冷却温度Ｔｒは、ヘリウムを加える前で、かつ戻り圧Ｐｌを高めていない場合の温度と同じである。
ここにおける単段圧縮機の場合、戻り圧が高くなればなる程、冷媒流量は増加する。ヘリウム、水素および／またはネオンを加えることにより、運転温度Ｔｒは低下するが、このとき冷媒絞り弁がより大きく開かれ、ヘリウムを加える前の温度に冷却温度Ｔｒを戻す。これにより、冷媒流量および冷却容量が増大する。
ヘリウムもしくはその他の非凝縮性気体を加え、同時に戻り圧を高めることにより、これらの気体を加えない場合に到達可能な冷却温度Ｔｒにおいて、システム全体の冷却容量Ｑｒが増大する。これは、混合冷媒と単段圧縮機との複雑な相関作用によりもたらされるから、予測を超えた成果である。ヘリウムを加え、戻り圧を高めることによる予測を超えた利益は、もう一つある。熱交換機の低圧側および冷凍システムの戻りラインにおける圧力の偏差に対し、システムが影響を受けにくくなるのである。
本発明のもう一つの目的は、商業的に入手可能な単段圧縮機用に使用するために特別に改良された、ヘリウムもしくはその他の非凝縮性成分を含む極低温混合気体冷媒を提供することである。
本発明の更にもう一つの目的は、ヘリウムを混合冷媒に加えつつ、その後の冷却温度Ｔｒをヘリウム添加前の混合気体冷媒の冷却温度に保つことにより、温度の安定性と、戻りラインにおける圧力の偏差に対する極低温システムの最大許容量とを増大することである。これは、混合気体冷媒に加えるヘリウムの量と戻り圧値Ｐｌとの比率をあらかじめ定め、その比率に従ってシステムの戻り圧Ｐｌを高めることにより達成される。
概括すると、本発明は、混合気体冷媒を用いて１２０Ｋより低い極低温を提供する閉サイクル絞り冷凍システムに関し、該気体冷媒は、例えば窒素、アルゴン、メタン、もしくはこれらの混合物のような、通常沸点が冷却温度と同じであるかそれより低い第一低沸点構成物と、通常沸点が冷却温度よりも高い成分を含む１種以上の炭化水素、もしくはそれらのクロロフルオロ誘導体のような第二の高沸点構成物とを含むものである。
ネオン、水素、ヘリウムのような非凝縮性成分を加えない場合に到達可能な冷却温度において、全体の冷却容量を増大し、低圧側で生じる可能性のある圧力降下の偏差に対し、システムの最大許容量を改善するため、該混合冷媒は、非凝縮性成分を３０モル％より大きくない量で含有する第三の構成物で薄められる。同時に、これら第三の構成物を加えない場合と同じ冷却温度にできるようにするためには、冷却サイクルの戻り圧を高める必要がある。即ち、戻り圧は、非凝縮性成分の添加量に対しある一定の割合で増大される。
ここまでに述べた本発明の目的、特色および利益の一部は、以下に特別に記述され、また一部は、添付図面との関連においてなされる本発明の詳細な説明により、明らかにされる。これらの図面もまた、本発明の不可欠な一部をなす。
【図面の簡単な説明】
図１は、ヘリウムを含む窒素−炭化水素冷媒の冷却容量率ｑｒとカルノー効果を、戻り圧Ｐｌとの関連において図示したものである。実線は、冷却容量の計算値ｑｒ（ワット／モル／分）を、破線は、異なったヘリウム含有量の冷媒により作動する絞り冷凍機のカルノー効果を、それぞれ戻り圧Ｐｌとの関連において示している。曲線１は、ヘリウムを含まない窒素−炭化水素混合物（窒素−メタン−エタン−プロパン、３５／１５／２５／２５）の場合、曲線２は、同混合物を３％のヘリウムで薄めた場合、曲線３は、１２％のヘリウムで薄めた場合をそれぞれ表している。この数値は、理想的なサイクルを想定して算出したものである。即ち、１００％の効率を有する圧縮機を用い、圧力の降下はなく、熱交換機内の温度差が最低限の０である場合を仮定して算出したものである。
図２は、窒素、メタン、その他の炭化水素をベースにした、いろいろな混合冷媒の冷却サイクルにおける戻り圧値Ｐｌが、いかに冷却温度Ｔｒを左右するかを示すデータ曲線である。ここでは、ヘリウム−窒素−炭化水素混合物（図１と同じ）により達成されうる最低限および最大限の冷却温度を、異なったヘリウム含有量ごとに図示している。図の左半分は、最低冷却温度（熱負荷を０とした場合）を、右半分は、最大冷却温度（可能な限り最大の熱負荷を与えた場合）を、戻り圧との関連において示している。最低冷却温度と最大冷却温度との差異は、ヘリウムを含まない混合物の場合、ほとんど無視できる程度であるが、ヘリウム含有量が増すにつれて、両者の差異は顕著になる。
図３は、回転ピストン式単段圧縮機を用いた極低温冷凍システムにおいて、ヘリウム含有量が、全体の冷却容量Ｑｒに及ぼす影響を曲線に表した図である。ここでは、ある一定温度（８２Ｋ）における絞り冷凍機の冷却容量を、戻り圧Ｐｌとの関連において示している。高圧、即ち供給圧Ｐｈは、２０ａｔｍである。破線は、理想的圧縮機を用いた場合における作動サイクルの計算値を表したものであり（体積効率＝１）、実線は、実際の圧縮機を用いた場合の数値である。丸はヘリウムを含まない混合物を、曲線１，２は３％のヘリウムを含む混合物を、曲線３，４は１２％のヘリウムを含む混合物をそれぞれ表している。曲線５は、１２％のヘリウムを含む混合物を表すが、体積効率（Ｖｅ）がより低い。
曲線１，３      Ｖｅ＝１
曲線２，４      Ｖｅ＝０．８９−０．０４＊Ｐｈ／Ｐｌ
曲線５        Ｖｅ＝０．５−０．０４＊Ｐｈ／Ｐｌ
図４も、図３と同様のデータを表した図であるが、ここでは、アルゴンをベースとした冷媒を用いた場合の戻り圧Ｐｌとの関連において、単段圧縮機による冷却が示されている。即ち、図４は、アルゴンをベースとした混合物Ａｒ−Ｒ１４−１３を用い、Ｔｒ＝１００Ｋで運転する絞り冷凍機の冷却容量を、戻り圧Ｐｌとの関連で示している。曲線１は、Ａｒ−Ｒ１４−Ｒ１３からなる混合物（４０／３０／３０，モル％）の場合、曲線２は、該混合物を３％のヘリウムで薄めた場合のデータを表している。本図は、このタイプの混合物においても、ヘリウムの添加が冷却容量を増大できることを示すものである。
図５は、Ｔｒ（Ｑｒ）の冷却マップ関する実験データを、図に表したものである。線１は、Ｎ2／ＣＨ4／Ｃ2Ｈ6／Ｃ3Ｈ8（３３／１０／２６／３１，モル％）で構成される混合冷媒を表し、線２は、該混合冷媒をヘリウムで薄めたものＨｅ／Ｎ2／ＣＨ4／Ｃ2Ｈ6／Ｃ3Ｈ8（３／３０／１１／２６／３０，モル％）を表している。
好ましい実施の形態の説明
本発明の目的に従い、極低温冷却を７７から１２０Ｋの範囲内、即ち、窒素の通常沸点より高い温度で提供するため、窒素をベースとした混合気体冷媒（ＭＲ）が研究されてきた。図２は、窒素をベースとした混合気体冷媒（ＭＲ）で作動する極低温冷凍システムにおいて、冷却温度Ｔｒがいかに戻り圧Ｐｌに左右されるかを示している。
本発明の開発過程でなされた理論的、実験的探求により、絞りサイクル・クリオスタット、および既存の単段圧縮機を用いるタイプの絞り冷凍機は、これまでの伝統的思考とは矛盾する、予測を超えた特性を発揮することが明らかになった。窒素もしくはアルゴンをベースとした冷媒にヘリウムを加えることにより、ヘリウムを加えない混合冷媒の到達可能温度よりも高い冷却温度Ｔｒにおいてでさえ、本発明に従うならば、冷却サイクルの特性は改善され得るのである。これらの例においては、戻り圧が本発明に従い調整されている限り、通常の予測に反し、ヘリウムの添加が冷却温度Ｔｒを下げることはない。このように戻り圧を調整し、冷却温度Ｔｒを一定に保つことを可能であるのは、おのおのの冷媒成分が有する熱力学上の性質と、単段圧縮機の作動特性とが、相互に複雑に作用し合うためである。
単段圧縮機の主なる特色は、その体積効率がサイクルの圧力比率Ｐｈ／Ｐｌに左右されるという点である。こうした圧縮機の体積効率および質量流量は、圧力比率が増大するにつれ、減少する。米国特許５，３３７，５７２号が、効果的な冷却を提供するためには、Ｐｈ／Ｐｌ＝５において体積効率が０．５より大きい圧縮機を用いるべきことを勧告しているのは、このためである。該特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここでも参考文献として引用する。しかしながら、該特許は、混合冷媒（ＭＲ）の成分としてヘリウムを用いることについては、教示していない。
図３は、回転ピストン式圧縮機で作動する極低温システムにおいて、ヘリウムの含有量が、いかにシステム全体の冷却容量Ｑｒに影響を与えるかを示している。図３の丸が示しているように、ヘリウムを含有する混合冷媒（ＭＲ）は、ヘリウムを含有しない混合冷媒（ＭＲ）に比して、より大きなＱｒ値を提供するのである。ワット（Ｗ）で表される全体の冷却容量Ｑｒは、ｑｒとＧの積、即ち、Ｑｒ＝ｑｒ＊Ｇである。なお、Ｇは、Ｐｈ／Ｐｌの関数として計測される特定の圧縮機質量流量を示す。たった３％（モル）のヘリウムの添加でも−これは英国特許１，３３６，８９２号が勧めている量よりも少ないが−、Ｔｒ＝８２Ｋにおいて、有効に冷却容量Ｑｒを増大させる。このことは、図５に示す実験データによっても裏付けられている。また、アルゴンをベースとした混合物の場合も、図４に示されているように、同様の結果が得られた。
混合冷媒にヘリウムを添加することにより、単段圧縮機を用いた冷却サイクル全体の冷却容量が高まるということは、図３の示すところであるが、これはこれまでの伝統的考え方と矛盾するものであり、従来の思考からは予測できない結果である。混合冷媒をヘリウムで薄めると、ヘリウムが絞り効果に否定的に作用するため、冷却容量率を低下させるというのが通説なのである。例えば、Ｒ．バロンの論文「極低温システム」（１９８５年、第２版、オックスフォード大学出版、ニューヨーク）には、以下のような論述がある。「まず、ジュール・トムソン型冷凍機には、ネオン、水素もしくはヘリウムを、作動媒体として用いることは、まずおのおのの最大逆転温度より低く、あらかじめこれらの気体を冷却しておかない限り、できないということが分かる（２４６項、５，３節）。」
この特定の場合においては、より優れた冷却容量を提供するために、圧縮機に戻る気体冷媒の戻り圧Ｐｌを増大することが必要とされるが、これは、冷凍機の絞り弁をより大きく開くことにより、容易に達成され得る。ヘリウム含有量、戻り圧値Ｐｌ、および圧縮機の体積効率のそれぞれは、密接な相互関係にあり、その結果、ヘリウム添加前の同じ混合冷媒の到達温度において（例えば、Ｔｒ＝８２Ｋ）、効果的な冷却がもたらされることになる。
圧縮機の消費電力は、後述する表１が示すように、冷却サイクルの低圧値が増加するにつれ、増加する。このため、ヘリウム含有量の最上限は、圧縮機モーターの電力消費量により制限される。圧縮機モーターは、規定値を超える電力を消費できないからである。例えば、排気量がＶｈ＝１ｃｆｍの回転ピストン式圧縮機の場合、公称電力消費量は、およそ５００Ｗである。
ヘリウムを含有する混合冷媒は、本発明に従いヘリウム含有量を特定すれば、様々な体積効率の単段圧縮機に有効である。体積効率＝１の理想的な圧縮機の場合でさえ、図３に示すように、ヘリウムを添加した冷媒を用いることにより、更に冷却容量が増大するのである。
体積効率が非常に小さい圧縮機、例えば、Ｐｈ／Ｐｌ＝５における体積効率が０．５未満の圧縮機の場合でも、混合冷媒（ＭＲ）がヘリウムを１２％含有していれば、図３の曲線５が示しているように、Ｔｒ＝８２Ｋでの冷却を可能とする。混合冷媒にヘリウムを加えなければ、この条件の圧縮機で８２Ｋでの冷却は、不可能である。
本研究のもう一つの成果は、ある特定の冷却温度Ｔｒで冷却することに関して、冷凍システムの安定性が向上することである。混合冷媒（ＭＲ）がヘリウムを含まない場合、図２に示すように、冷却温度Ｔｒは、冷却サイクルの戻り圧Ｐｌと非常に密接な相互関係を形成し、僅かに戻り圧Ｐｌが変化しただけでも、直ちに冷却温度Ｔｒの変化が引き起こされる。同時に、絞りサイクル・クリオスタットから圧縮機への戻りラインにおける液圧降下ＤＰｌは、システム生産における最大許容量に起因して、ある程度の範囲内で偏差を生じる可能性がある。実際問題として、圧縮機とクリオスタットとを接続するホースの位置が変わるだけでも、液圧降下に偏差を引き起こし得るのである。このため、Ｔｒ値を一定の範囲内で提供できるよう、極低温冷凍は調整可能でなければならない。
ヘリウムを含有する混合冷媒は、液圧降下ＤＰｌの偏差に対する最大許容量が大きい。この最大許容量は、ヘリウム含有量を増加することにより向上する。例えば、ＤＰｌを．３ａｔｍ（ＤＰｌ＝５ｐｓｉ）とし、Ｐｌを１．７ａｔｍではなく２．０ａｔｍとした場合、混合冷媒のヘリウム含有量が３％であると、冷却容量の偏差は３００％に達する可能性がある（図３、実線２）。ところが、ヘリウムの量を１２％にまで増加すると、冷凍システムの最大許容量は顕著に向上する。冷却容量値の偏差は、最適値と比して、２５％〜３０％の範囲を超えることがなくなるのである（図２、実線４）。この偏差は、ヘリウム量が３％の場合に比すると、１０分の１も少ない。
冷却容量を増大する方法という、本発明の課題を効率よく実現するために、数々の実験がなされてきた。表１は、いろいろな成分の混合冷媒で作動する単段圧縮機を用いた絞り冷凍機による実験データを表している。冷却温度を同値で提供するため、絞り弁は、手動で操作された。
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この実験の混合物は、従来技術に反し、５％より少ない量のヘリウムを含有したが、少量のヘリウム添加であっても、ヘリウム添加なしで到達できる温度において、冷却容量を向上させている。冷却温度Ｔｒを同値で提供するため、絞り弁を開くことにより低圧値Ｐｌを増大させた。これにより、圧縮機の消費電力値Ｐｃｍが示すように、ヘリウムを加えると、単段圧縮機の質量流量が増加できる。
Ｑｒ（Ｔｒ）の依存性についての更なる実験データは、図５に示されている。
ヘリウムの添加は、調整可能な絞りシステムの場合に限らず、毛管やオリフィスを用いた調整不能な絞りシステムの場合にも有効である。この場合、冷凍機のパラメーターは、すべて、混合冷媒をヘリウムで薄めることにより変化する。特に、高圧（供給圧）Ｐｈと低圧（戻り圧）Ｐｌの両者が変化する。しかし、システムの冷却容量全体を増大するために、質量流量を増大している。調整不能な毛管による絞り冷凍機についての実験データは、表２に示される。
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本システムにおける冷却容量Ｑｒは、冷凍機の機械設備と冷媒の性質との相関作用により、増大する。
以上、これまでに考察された本発明の最良の実施の形態を示してきたが、本発明の精神を逸脱することなく、さらなる変更、調整を加えることも可能である。例えば、水素および／もしくはネオンを、ヘリウムとともに、あるいはヘリウムの代わりに用いることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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