(57)【要約】【課題】長時間連続して冷却状態を維持することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】本発明は、第１の冷却ステージ７を冷却する前段冷凍機２と、第１の冷却ステージ７と第２の冷却ステージ８との間に並列に設けられ、第２の冷却ステージ８を冷却する二台の吸着式冷凍機３，４と、を備え、吸着式冷凍機３，４は、冷媒を吸着及び脱着することが可能な吸着材１６，２６とヒーター１７，２７を有する吸着器１０，２０と、チューブ１２，２２を通じて吸着器１０，２０に接続され、冷媒の凝縮及び蒸発が行われる凝縮蒸発容器１１，２１と、第１の冷却ステージ７及び吸着器１０，２０の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える上部ヒートスイッチ１３，２３と、凝縮蒸発容器１１，２１及び第２の冷却ステージ８の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える下部ヒートスイッチ１４，２４と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の冷却ステージを冷却する前段冷凍機と、
前記第１の冷却ステージと第２の冷却ステージとの間に並列に設けられ、前記第２の冷却ステージを冷却する少なくとも二台の吸着式冷凍機と、
を備え、
前記吸着式冷凍機は、
冷媒を吸着及び脱着することが可能な吸着材及び前記吸着材を加熱する加熱手段を有する吸着器と、
チューブを通じて前記吸着器に接続され、前記冷媒の凝縮及び蒸発が行われる凝縮蒸発容器と、
前記第１の冷却ステージ及び前記吸着器の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える第１のヒートスイッチと、
前記凝縮蒸発容器及び前記第２の冷却ステージの間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える第２のヒートスイッチと、
を有する、冷凍装置。
【請求項２】
前記吸着式冷凍機は、前記第１の冷却ステージ及び前記凝縮蒸発容器の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える第３のヒートスイッチを更に備える、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記吸着式冷凍機及び前記第２の冷却ステージを収容し、前記第１の冷却ステージと接続するシールドを更に備え、
前記第３のヒートスイッチは、前記シールド及び前記凝縮蒸発容器の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記少なくとも二台の吸着式冷凍機を制御する制御手段を更に備え、
前記制御手段は、一台の前記吸着式冷凍機において前記冷媒を前記吸着材から脱着する間、他の前記吸着式冷凍機において前記冷媒を前記吸着材に吸着させる、請求項１〜３のうち何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記第１のヒートスイッチ及び前記第２のヒートスイッチは、ガスギャップ式のヒートスイッチである、請求項１〜４のうち何れか一項に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着式冷凍機を備える冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸着式冷凍機は、吸着材に冷媒が吸着して生じる減圧により冷媒の気化（蒸発）を促し、その気化熱によって冷却を行うものである。吸着式冷凍機では、上述した吸着工程の後、加熱によって吸着材から冷媒を放出（脱着）させる脱着工程を行う必要がある。このような吸着式冷凍機に関する文献としては下記の非特許文献１が知られている
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Advances in Cryogenic Engineering vol.35”1990 New York US P1448
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、吸着式冷凍機では、加熱して吸着材から冷媒を脱着する脱着工程の間は冷却を行うことができないため、長時間にわたって連続した冷却を行うことができず、脱着工程の間に温度上昇が生じてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、長時間連続して冷却状態を維持することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、第１の冷却ステージを冷却する前段冷凍機と、第１の冷却ステージと第２の冷却ステージとの間に並列に設けられ、第２の冷却ステージを冷却する少なくとも二台の吸着式冷凍機と、を備え、吸着式冷凍機は、冷媒を吸着及び脱着することが可能な吸着材及び吸着材を加熱する加熱手段を有する吸着器と、チューブを通じて吸着器に接続され、冷媒の凝縮及び蒸発が行われる凝縮蒸発容器と、第１の冷却ステージ及び吸着器の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える第１のヒートスイッチと、凝縮蒸発容器及び第２の冷却ステージの間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える第２のヒートスイッチと、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る冷凍装置によれば、第２の冷却ステージを冷却する少なくとも二台の吸着式冷凍機を備えることにより、一台の吸着式冷凍機が脱着工程に入っても、残りの吸着式冷凍機で吸着工程を行うことによって冷却することができるので、温度上昇を生じることなく長時間連続して冷却状態を維持することができる。
【０００８】
本発明に係る冷凍装置において、吸着式冷凍機は、第１の冷却ステージ及び凝縮蒸発容器の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える第３のヒートスイッチを更に備えてもよい。
この冷凍装置によれば、脱着工程において第１の冷却ステージ及び凝縮蒸発容器の間を熱伝導状態に切り替えることにより、第１の冷却ステージの冷却温度を利用して冷媒を凝縮蒸発容器内で効率的に凝縮することができるので、装置の冷却効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明に係る冷凍装置において、吸着式冷凍機及び第２の冷却ステージを収容し、第１の冷却ステージと接続するシールドを更に備え、上記第３のヒートスイッチは、シールド及び凝縮蒸発容器の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替えてもよい。
この冷凍装置によれば、第３のヒートスイッチがシールドを介して第１の冷却ステージ及び凝縮蒸発容器の間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替える構成とすることで、第３のヒートスイッチを含む熱接続部材の長さを短縮することができ、装置構成の簡素化及び低コスト化に有利である。
【００１０】
本発明に係る冷凍装置において、少なくとも二台の吸着式冷凍機を制御する制御手段を更に備え、制御手段は、一台の吸着式冷凍機において冷媒を吸着材から脱着する間、他の吸着式冷凍機において冷媒を吸着材に吸着させてもよい。
この冷凍装置によれば、一台の吸着式冷凍機において冷媒を吸着材から脱着するため冷却ができない間、他の吸着式冷凍機において冷媒を吸着材に吸着させることで冷却することができるので、一台の吸着式冷凍機が脱着工程に入っても温度上昇を生じることなく長時間連続して第２の冷却ステージの冷却状態を維持することができる。
【００１１】
本発明に係る冷凍装置において、第１のヒートスイッチ及び第２のヒートスイッチは、ガスギャップ式のヒートスイッチであってもよい。
この冷凍装置によれば、機械式のヒートスイッチを備える場合と比べて、装置を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、長時間連続して冷却状態を維持することができる冷凍装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】制御部における制御の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
［冷凍装置の構成］
図１に示す冷凍装置１は、複数の冷凍機を備え、段階的に極低温（例えば５０ｍＫ［ミリケルビン］）まで冷却する装置である。本実施形態に係る冷凍装置１は、前段冷凍機２と、第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４と、断熱消磁冷凍機５を備えている。
【００１６】
前段冷凍機２としては、例えば２段スターリング冷凍機を予冷機としたＪＴ冷凍機を採用することができ、公知の作用により冷却効果を発生させる。
【００１７】
前段冷凍機２は、冷却対象である第１の冷却ステージ７と接続されている。第１の冷却ステージ７は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導率が良い材料からなる板状の部材である。前段冷凍機２は、第１の冷却ステージ７を冷却端として１．８Ｋまで冷却する。なお、前段冷凍機２は、２段スターリング冷凍機を予冷機としたＪＴ冷凍機に限られず、種々の冷却システムを採用することができる。
【００１８】
第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４は、第１の冷却ステージ７と第２の冷却ステージ８との間に並列に設けられたタンデム型の冷凍機である。第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４は、第２の冷却ステージ８を共通する冷却対象として冷却する。第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４は、第２の冷却ステージ８も含めてシールド９に収容されている。シールド９は第１の冷却ステージ７に接続されており、シールド９と第１の冷却ステージ７とは同じ温度を有する。以下、第１の吸着式冷凍機３の構成について説明する。
【００１９】
第１の吸着式冷凍機３は、第１の吸着器１０、第１の凝縮蒸発容器１１、第１のチューブ１２、第１の上部ヒートスイッチ１３、第１の下部ヒートスイッチ１４、及び第１の側部ヒートスイッチ１５を備えている。
【００２０】
第１の吸着器１０は、内部に吸着材１６が充填された容器であり、吸着材１６に対する冷媒の吸着及び脱着が行われる。冷媒としては、例えばヘリウム３を用いることができる。この場合には、吸着材１６として例えば活性炭を採用することができる。
【００２１】
第１の吸着器１０の内部には、吸着材１６を加熱することで冷媒を放出（脱着）させるためのヒーター（加熱手段）１７が設けられている。ヒーター１７は、例えば電熱式のものが用いられる。
【００２２】
第１の凝縮蒸発容器１１は、第１のチューブ１２を介して第１の吸着器１０と連通する容器である。この第１の凝縮蒸発容器１１には、第１の吸着器１０の吸着材１６から放出された冷媒が流れ込む、流れ込んだ冷媒は第１の冷却ステージ７の温度における飽和蒸気圧まで凝縮して液体となる。その後、ヒーター１７がＯＦＦとなることで吸着材１６が冷却され、吸着材１６が冷媒の吸着を始めると、第１の吸着器１０内が減圧することにより、第１の凝縮蒸発容器１１内の冷媒の蒸発（気化）が促進され、気化熱により第１の凝縮蒸発容器１１内の液体の温度が下がる。
【００２３】
第１のチューブ１２は、例えばステンレスからなる薄厚の管部材であり、第１の吸着器１０と第１の凝縮蒸発容器１１とが適切に離間するように配置されている。第１のチューブ１２には、冷媒がスムーズに流れる十分な内径が求められるが断熱効果も要求され、使用目的に応じた適切な形状のものが採用される。
【００２４】
第１の上部ヒートスイッチ１３は、第１の冷却ステージ７と第１の吸着器１０との間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替えるものである。第１の上部ヒートスイッチ１３としては、ガスギャップ式のヒートスイッチを採用することができる。
【００２５】
ガスギャップ式のヒートスイッチは、例えば、内側シリンダーと外側シリンダーとがそれぞれ別の部材に接続された二重の銅シリンダー間の小さな隙間（１００μｍ以下）にヘリウムガスの充填又は排気を行うことにより、部材間の熱伝導状態と熱絶縁状態とを切り替えるものである。なお、第１の下部ヒートスイッチ１４及び第１の側部ヒートスイッチ１５にもガスギャップ式のヒートスイッチを採用することができる。
【００２６】
第１の上部ヒートスイッチ１３は、第１の冷却ステージ７側に接続されており、第１の上部ヒートスイッチ１３と第１の吸着器１０との間にはフレキシブル熱パス１８が配置されている。フレキシブル熱パス１８は、例えば銅線や銅箔を重ねて構成された柔軟性のある部材であり、第１の上部ヒートスイッチ１３と第１の吸着器１０との間の熱伝導を行う。第１の上部ヒートスイッチ１３とフレキシブル熱パス１８の位置は逆であってもよい。第１の上部ヒートスイッチ１３は、特許請求の範囲に記載の第１のヒートスイッチに相当する。
【００２７】
第１の下部ヒートスイッチ１４は、第１の凝縮蒸発容器１１と第２の冷却ステージ８との間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替えるものである。第１の下部ヒートスイッチ１４は、第１の凝縮蒸発容器１１に接続されており、フレキシブル熱パス１９を介して第２の冷却ステージ８と接続されている。第１の下部ヒートスイッチ１４は、特許請求の範囲に記載の第２のヒートスイッチに相当する。
【００２８】
また、第１の側部ヒートスイッチ１５は、第１の凝縮蒸発容器１１とシールド９との間を熱伝導状態と熱絶縁状態とのどちらかに切り替えるものである。第１の側部ヒートスイッチ１５は、特許請求の範囲に記載の第３のヒートスイッチに相当する。
【００２９】
第２の吸着式冷凍機４は、第１の吸着式冷凍機３と同様の構成要素からなる冷凍機であり、各構成要素の詳細な説明は省略する。具体的には、第２の吸着式冷凍機４は、第２の吸着器２０、第２の凝縮蒸発容器２１、第２のチューブ２２、第２の上部ヒートスイッチ２３、第２の下部ヒートスイッチ２４、及び第２の側部ヒートスイッチ２５を備えている。第２の吸着器２０の内部には吸着材２６及びヒーター（加熱手段）２７が配置されている。また、第２の上部ヒートスイッチ２３と第２の吸着器２０との間にはフレキシブル熱パス２８が配置されており、第２の下部ヒートスイッチ２４と第２の凝縮蒸発容器２１との間にはフレキシブル熱パス２９が配置されている。
【００３０】
第１の吸着式冷凍機３と第２の吸着式冷凍機４とは構成要素の大きさが異なっている。具体的には、メインの冷凍機である第１の吸着式冷凍機３と比べて、サブの冷凍機である第２の吸着式冷凍機４では、第２の吸着器２０、第２の凝縮蒸発容器２１、及び第２のチューブ２２の容量が小さく、冷媒の量も少ない。なお、第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４において同容量の吸着器や凝縮蒸発容器を備えていてもよい。第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４は、冷媒を共有することなく、それぞれ独立した冷凍機として機能する。
【００３１】
第２の冷却ステージ８は、第１の冷却ステージ７と同様に、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導率が良い材料から構成されている。第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４は、第２の冷却ステージ８を冷却端として０．３Ｋまで冷却する。
【００３２】
断熱消磁冷凍機［ＡＤＲ：Adiabatic  Demagnetization  Refrigerator ］５は、極低温を作り出すための冷凍機である。断熱消磁冷凍機５は、シールド９内で第２の冷却ステージ８の下側に配置されている。断熱消磁冷凍機５は、磁場をかけたときのエントロピーとカルノーサイクルの原理を利用した断熱消磁によって冷却を行う。断熱消磁冷凍機５は、第２の冷却ステージ８と冷却対象である第３の冷却ステージ３１と接続されており、第３の冷却ステージ３１を５０ｍＫまで冷却する。５０ｍＫに維持された第３の冷却ステージ３１には、冷却対象として例えば放射線検出器などが取付けられる。
【００３３】
なお、冷凍装置１は、断熱消磁冷凍機５を必ず備える必要はない。冷凍装置１は、例えば、断熱消磁冷凍機５を設けずに、第２の冷却ステージ８が赤外線検出器などに接触するようにしてもよい。
【００３４】
また、冷凍装置１は、前段冷凍機２、第１の吸着式冷凍機３、第２の吸着式冷凍機４、及び断熱消磁冷凍機５を制御する制御部（制御手段）Ｔを備えている。制御部Ｔは、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、ＲＡＭ[Random  Access  Memory]などからなる電子制御ユニットである。
【００３５】
具体的には、制御部Ｔは、第１の吸着式冷凍機３について、第１の上部ヒートスイッチ１３、第１の下部ヒートスイッチ１４、第１の側部ヒートスイッチ１５、及びヒーター１７を制御する。同様に、制御部Ｔは、第２の吸着式冷凍機４について、第２の上部ヒートスイッチ２３、第２の下部ヒートスイッチ２４、第２の側部ヒートスイッチ２５、及びヒーター２７を制御する。
【００３６】
［冷凍装置の制御］
次に、本実施形態に係る冷凍装置１の制御のうち第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４の制御について説明する。図２は、制御部Ｔにおける第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４の制御の流れを示すフローチャートである。
【００３７】
図２に示されるように、冷凍装置１の制御部Ｔでは、運転が開始されると、ステップＳ１として初期動作が行われる。初期動作においては、全てのヒートスイッチ１３〜１５、２３〜２５が熱伝導状態とされる。初期動作には、前段冷凍機２による予冷も含まれ、第１の冷却ステージ７が１．８Ｋまで冷却される。これにより、第１の吸着式冷凍機３及び第２の吸着式冷凍機４も１．８Ｋまで冷却され、冷媒は吸着材１６，２６に吸着された状態となる。
【００３８】
次に、ステップＳ２において、制御部Ｔは、第１の吸着式冷凍機３のヒートスイッチ切替を行う。制御部Ｔは、第１の上部ヒートスイッチ１３及び第１の下部ヒートスイッチ１４を熱絶縁状態に切替える。第１の側部ヒートスイッチ１５は熱伝導状態のまま維持する。
【００３９】
続いて、ステップＳ３では、制御部Ｔは、第１の吸着器１０のヒーター１７を通電によりＯＮ状態にして加熱を開始する。ヒーター１７が吸着材１６を十分に加熱すると、ステップＳ４の脱着工程に入る。
【００４０】
脱着工程では、加熱により吸着材１６から冷媒が放出（脱着）される。吸着材１６から放出された冷媒は、第１のチュ−ブ１２を通じて第１の凝縮蒸発容器１１内に入り込む。第１の凝縮蒸発容器１１には、第１の側部ヒートスイッチ１５及びシールド９を通じて第１の冷却ステージ７の冷却温度が伝わっており、第１の凝縮蒸発容器１１内の冷媒は第１の冷却ステージ７の温度における飽和蒸気圧まで凝縮され液体となる。その後、ステップＳ５において、制御部Ｔは、ヒーター１７に対する電力供給を停止してＯＦＦ状態にする。
【００４１】
ステップＳ６では、制御部Ｔは、第１の吸着式冷凍機３のヒートスイッチ１３〜１５及び第２の吸着式冷凍機４のヒートスイッチ２３〜２５の切替えを行う。具体的には、制御部Ｔは、第１の上部ヒートスイッチ１３及び第１の下部ヒートスイッチ１４を熱伝導状態に切替えると共に、第１の側部ヒートスイッチ１５を熱絶縁状態に切替える。一方で、制御部Ｔは、第２の上部ヒートスイッチ２３及び第２の下部ヒートスイッチ２４を熱絶縁状態に切替え、第２の側部ヒートスイッチ２５を熱伝導状態のまま維持する。
【００４２】
ステップＳ７では、第１の吸着式冷凍機３における吸着工程が行われる。一方、制御部Ｔは、第２の吸着式冷凍機４において第２の吸着器２０のヒーター２７を通電によりＯＮ状態にして加熱を開始する。
【００４３】
第１の吸着式冷凍機３では、第１の上部ヒートスイッチ１３を通じて第１の冷却ステージ７の冷却温度が第１の吸着器１０に伝わり、吸着材１６の温度が低下する。吸着材１６の温度が十分に低下すると、吸着材１６の吸着能力が大きくなって冷媒が吸着され第１の吸着器１０内に減圧が生じる。この減圧は、第１のチュ−ブ１２を通じて第１の凝縮蒸発容器１１内に伝播し、第１の凝縮蒸発容器１１内の冷媒は蒸発して気体となる。第１の吸着器１０内の減圧により第１の凝縮蒸発容器１１内の気圧が下がり、その低下した気圧（飽和蒸気圧）に相当する温度まで第１の凝縮蒸発容器１１内の液体の温度が下がる。第１の凝縮蒸発容器１１内の液体の温度が下がることにより、第１の下部ヒートスイッチ１４を通じて第２の冷却ステージ８が冷却され、０．３Ｋの冷却温度が維持される。なお、第２の冷却ステージ８から第１の凝縮蒸発容器１１に伝わる熱により、第１の凝縮蒸発容器１１内の液体は、徐々に気化するが、この気化した冷媒は第１の吸着器１０内の減圧により、第１の凝縮蒸発容器１１内から第１の吸着器１０内へ送られる。
【００４４】
一方、第２の吸着式冷凍機４では、ヒーター２７の加熱により吸着材２６が十分に加熱されると、ステップＳ８の脱着工程に入る。ステップＳ８の脱着工程では、加熱により吸着材２６から冷媒が放出（脱着）され、第２の側部ヒートスイッチ２５を通じて冷却された第２の凝縮蒸発容器２１内で凝縮により冷媒は液体となる。その後、ステップＳ９において、制御部Ｔは、第２の吸着器２０のヒーター２７に対する電力供給を停止してＯＦＦ状態にする。
【００４５】
ステップＳ１０において、制御部Ｔは、第１の吸着式冷凍機３のヒートスイッチ１３〜１５及び第２の吸着式冷凍機４のヒートスイッチ２３〜２５の切替えを行う。具体的には、制御部Ｔは、第１の上部ヒートスイッチ１３及び第１の下部ヒートスイッチ１４を熱絶縁状態に切替えると共に、第１の側部ヒートスイッチ１５を熱伝導状態に切替える。一方で、制御部Ｔは、第２の上部ヒートスイッチ２３及び第２の下部ヒートスイッチ２４を熱伝導状態に切替え、第２の側部ヒートスイッチ２５を熱絶縁状態に切替える。
【００４６】
その後、ステップＳ１１において、制御部Ｔは、第１の吸着式冷凍機３において第２の吸着器２０のヒーター２７を通電によりＯＮ状態にして加熱を開始する。一方、第２の吸着式冷凍機４では吸着工程が行われる。
【００４７】
第２の吸着式冷凍機４では、第２の上部ヒートスイッチ２３を通じて第１の冷却ステージ７の冷却温度により第２の吸着器２０が冷却され、吸着材２６に冷媒の吸着が始まることで減圧が生じる。第２の吸着器２０内の減圧により第２の凝縮蒸発容器２１内の気圧が下がり、その低下した気圧（飽和蒸気圧）に相当する温度まで第２の凝縮蒸発容器２１内の液体の温度が下がる。第２の凝縮蒸発容器２１内の液体の温度が下がることにより、第２の下部ヒートスイッチ２４を通じて第２の冷却ステージ８が冷却され、０．３Ｋの冷却温度が維持される。なお、第２の冷却ステージ８から第２の凝縮蒸発容器２１に伝わる熱により、第２の凝縮蒸発容器２１内の液体は、徐々に気化するが、この気化した冷媒は第２の吸着器２０内の減圧により、第２の凝縮蒸発容器２１内から第２の吸着器２０内へ送られる。
【００４８】
一方で、第１の吸着式冷凍機３では、ヒーター２７の加熱により吸着材２６を十分に加熱されることで、ステップＳ４に戻り再び脱着工程に入る。以上の工程を繰り返すことにより、第２の冷却ステージ８について連続した冷却温度の維持が実現され、常時冷却状態が可能となる。
【００４９】
以上説明した本実施形態に係る冷凍装置１によれば、第２の冷却ステージ８を冷却する二台の吸着式冷凍機３，４を並列して備えることにより、第１の吸着式冷凍機３が脱着工程に入っても、第２の吸着式冷凍機で吸着工程を行うことによって冷却することができるので、温度上昇を生じることなく長時間連続して第２の冷却ステージ８の冷却状態を維持することができる。また、この冷凍装置１では、二台の吸着式冷凍機３，４をそれぞれ独立させ、第２の冷却ステージ８においてのみ接続する構成とすることで、装置構成の簡素化を図ることができる。
【００５０】
また、この冷凍装置１によれば、機械式のヒートスイッチを備える場合と比べて、装置を小型化することができる。また、ガスギャップ式のヒートスイッチは、機械式のヒートスイッチと比べて熱収縮による熱伝達部の変形もなく、熱伝達の信頼性も高い。
【００５１】
更に、この冷凍装置１によれば、第１の側部ヒートスイッチ１５及び第２の側部ヒートスイッチ２５を備えることで、脱着工程において第１の冷却ステージ７及び凝縮蒸発容器１１，２１の間を熱伝導状態に切り替えることにより、第１の冷却ステージ７の冷却温度を利用して冷媒を凝縮蒸発容器１１，２１内で効率的に凝縮することができるので、装置の冷却効率を向上させることができる。また、第１の側部ヒートスイッチ１５及び第２の側部ヒートスイッチ２５をシールド９と接続する構成とすることで、これらの側部ヒートスイッチ１５，２５を含む熱接続部材の長さを短縮することができ、装置構成の簡素化及び低コスト化に有利である。
【００５２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、吸着式冷凍機の数は三台以上であってもよく、各構成要素の配置は上述したものに限られない。また、ヒートスイッチは必ずしもガスギャップ式である必要はなく、機械式や超伝導式を採用してもよい。ヒーターは電熱式に限られず、種々の加熱手段を採用可能である。また、上述した実施形態のヒートスイッチおける上部、下部、側部の区別は便宜的なものであり、実際の冷凍装置の上下と一致する必要はない。
【符号の説明】
【００５３】
１…冷凍装置  ２…前段冷凍機  ３…第１の吸着式冷凍機  ４…第２の吸着式冷凍機  ５…断熱消磁冷凍機  ７…第１の冷却ステージ  ８…第２の冷却ステージ  ９…シールド  １０…第１の吸着器  １１…第１の凝縮蒸発容器  １２…第１のチューブ  １３…第１の上部ヒートスイッチ（第１のヒートスイッチ）  １４…第１の下部ヒートスイッチ（第２のヒートスイッチ）  １５…第１の側部ヒートスイッチ（第３のヒートスイッチ）  １６…吸着材  １７…ヒーター（加熱手段）  １８，１９，２８，２９…フレキシブル熱パス  ２０…第２の吸着器  ２１…第２の凝縮蒸発容器  ２２…第２のチューブ  ２３…第２の上部ヒートスイッチ（第１のヒートスイッチ）  ２４…第２の下部ヒートスイッチ（第２のヒートスイッチ）  ２５…第２の側部ヒートスイッチ（第３のヒートスイッチ）  ２６…第２の吸着材  ２７…ヒーター（加熱手段）  ３１…第３の冷却ステージ  Ｔ…制御部（制御手段）
【図１】
2014134334.tif 000003
【図２】
2014134334.tif 000004