(57)【要約】【課題】予冷手段を設け、かつ、膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下とすることにより、冷凍効率の向上を図れる極低温冷凍機を得ることができる。【解決手段】極低温冷凍機は、冷媒を圧縮する高圧縮コンプレッサ１０及びこの圧縮された冷媒が通過する２段蓄冷材２ａ、１段蓄冷材２ｂが充填されシリンダ５内を往復運動する蓄冷器容器６を含み冷凍サイクル中にサイモン膨張を行うＧＭ冷凍機１６であって、蓄冷器容器６の側面に設けられ予冷する少なくとも１個の予冷用ＧＭ冷凍機２０と、高圧縮コンプレッサ１０内の冷媒の膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下に調整する圧力調整手段と、ＧＭ冷凍機１６の最終段の冷却ステージ１内の底部に設けられ冷媒が膨張するときに生じる液体を含む冷媒と熱交換を行う熱交換手段１９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】
冷媒を圧縮するコンプレッサ及びこの圧縮された冷媒が通過する蓄冷材が充填されシリンダ内を往復運動する蓄冷器容器を含み冷凍サイクル中にサイモン膨張を行うギフォード・マクマホン冷凍機を有する極低温冷凍機であって、
前記蓄冷器容器の側面に設けられ予冷する少なくとも１段の予冷手段と、
前記コンプレッサ内の冷媒の膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下に調整する圧力調整手段と、
前記ギフォード・マクマホン冷凍機の最終段の冷却ステージ内の底部に設けられ前記冷媒が膨張するときに生じる液体を含む冷媒と熱交換を行う熱交換手段と、
を有することを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記冷媒はヘリウムであること、を特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記予冷手段は、ギフォード・マクマホン冷凍機、パルス管冷凍機及びスターリング冷凍機から選択された少なくとも１種であること、を特徴とする請求項１又は２記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記熱交換手段は、球状金属製接合体、ポーラス状金属及びハニカム状金属から選択された少なくとも１種から作製されていること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記熱交換手段は、希土類金属より作製されていること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【請求項６】
前記ギフォード・マクマホン冷凍機の最終段の蓄冷材を通過した前記冷媒が前記冷却ステージ内の膨張空間に導入される通路が前記蓄冷器容器の底部に設けられること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【請求項７】
前記熱交換手段は、貫通孔が加工されかつ下向きの凹みが加工された伝熱体を具備すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【請求項８】
前記熱交換手段は、前記最終段の蓄冷器容器の先端部に設けられ前記シリンダの内壁との間をシールする先端シール手段を具備すること、を特徴とする請求項７記載の極低温冷凍機。
【請求項９】
冷媒を圧縮するコンプレッサステップ及びこの圧縮された冷媒が通過する蓄冷材が充填されシリンダ内を往復運動する蓄冷器容器を含むギフォード・マクマホン冷凍機を用いて冷凍サイクル中にサイモン膨張を行う極低温冷凍方法において、
前記蓄冷器容器の側面に設けられた少なくとも１段の予冷手段により予冷するステップと、
前記コンプレッサ内の冷媒の膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下に調整するステップと、
前記ギフォード・マクマホン冷凍機の最終段の冷却ステージ内の底部に設けられた熱交換手段により前記冷媒が膨張するときに生じる液体を含む冷媒と熱交換を行うステップと、
を有することを特徴とする極低温冷凍方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギフォード・マクマホン冷凍機を用いて実現させる蓄冷式の極低温冷凍機および極低温冷凍方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導技術を実現するには極低温の環境が不可欠である。この極低温環境を実現するのには、様々なタイプの極低温の冷凍機がある。この中には、ギフォード・マクマホン冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という。）と呼ばれる蓄冷式の極低温冷凍機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここでは、２段膨張式のＧＭ冷凍機１６について、図５を用いて説明する。ＧＭ冷凍機１６は、冷媒を圧縮する高圧縮コンプレッサ１０と、この高圧縮コンプレッサ１０に配管を介して接続された給気／排気切替弁７と、この給気／排気切替弁７を設置した蓄冷器容器６とを有している。蓄冷器容器６と高圧縮コンプレッサ１０とは、真空容器壁１８を隔てて配置されている。この蓄冷器容器６はディスプレーサとして機能しシリンダ５内を往復運動する。このシリンダ５の下端には冷却ステージ１が設けられている。この高圧縮コンプレッサ１０は、通常、高圧（吐出）側約２ＭＰａ、低圧（吸気）側約０．８ＭＰａで運転される。このＧＭ冷凍機により４Ｋレベルの冷却を行うために、蓄冷器容器６内に極低温で比熱の高い希土類金属やセラミック等の２段蓄冷材２ａ、１段蓄冷材２ｂが充填されている。
【０００４】
なお、このＧＭ冷凍機の冷凍機ヘッドの冷媒吸気圧力や冷媒排気圧力を調整する圧力調整手段として、吸気バルブ、排気バルブと圧縮機の間に流量調整弁を配置した構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、ＧＭ／ＪＴ冷凍機と呼ばれる蓄冷式冷凍機とジュール・トムソン冷凍ループとを組み合わせた極低温冷凍機が知られている（例えば、特許文献３参照）。この極低温冷凍機の一種であるＧＭ／ＪＴ冷凍機は、予冷用のＧＭ冷凍機を伴うが、ＪＴ冷凍機側は排気圧力を大気圧の０．１ＭＰａ程度にまで下げることにより、冷媒であるヘリウムを液化させ、潜熱により冷却を行っている。この冷媒の単位流量当たりの寒冷発生量は、ＧＭ冷凍能力より大きくなり、４Ｋレベルの冷却における冷凍効率はＧＭ／ＪＴ冷凍機の方が優れている。
【特許文献１】特開平４−５２４６８号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２４０５号公報
【特許文献３】特開平４−５２４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＧＭ冷凍機１６を用いた蓄冷式の極低温冷凍機によって４Ｋレベルの冷却を行うためには、極低温で比熱の高い希土類金属やセラミック等の蓄冷材を使う必要がある。
【０００７】
しかし、冷媒であるヘリウムガスは４Ｋレベルの冷却においては、例えば通常のＧＭ冷凍機等の運転圧力（給気２ＭＰａ、排気０．８ＭＰａ程度）では、原理的にカルノー効率の２割程度しか冷凍能力が得られない、という課題があった。
【０００８】
また、ＧＭ／ＪＴ冷凍機によれば、ＪＴ冷凍機側で排気圧力を大気圧の０．１ＭＰａ程度にまで下げることにより、４Ｋレベルの冷却における冷凍効率はＧＭよりも優れた効果が得られている。
【０００９】
しかし、ＧＭ／ＪＴ冷凍機は、ＪＴ弁（絞り弁）を介しての膨張による寒冷発生を利用した向流型冷凍機であるので、不純物混入による絞り弁部分の詰りにより、冷凍性能の劣化が発生し易い。また、一般的に、向流型の熱交換器を３段必要とするために高価になってしまう、という課題があった。
【００１０】
また、上述した従来の蓄冷式冷凍機においては、冷媒ガスは一方向流ではなく、往復動している。また、ＪＴ弁に相当するような絞り部はないため、不純物による性能劣化が起こり難い。また、ＪＴ冷凍機の向流型熱交換器に相当する蓄冷器は、構成が単純なために比較的安価に製作できる。このために、ＧＭ冷凍機に代表される蓄冷式冷凍機による信頼性や低コストのメリットと、ＧＭ／ＪＴ冷凍機の高効率のメリットを合わせ持った冷凍機の実現を想定すると、膨張圧力を大気圧レベルまで下げた蓄冷式冷凍機が考えられる。
【００１１】
しかしながら、ＧＭ冷凍機は原理上、圧縮比増加により冷凍効率が低下する。したがって、ただ単に、多段のＧＭ冷凍機をそのまま運転圧力を下げても、冷凍効率を向上することができないところに課題があった。
【００１２】
さらに、４Ｋレベルの冷却を行う冷凍機としてパルスチューブ冷凍機を用いる技術が知られている。しかし、パルスチューブ冷凍機を用いるときは、４Ｋレベルの寒冷に寄与するパルス管低温側の膨張空間以上の容積をパルス管内に必要としているため、無効容積増加による冷媒の必要流量の増加が起こり、効率を低下させているところに課題があった。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ＧＭ冷凍機において、予冷手段を設け、かつ、膨張圧力をその冷媒の臨界圧力以下とすることにより、冷凍効率の向上を図れる極低温冷凍機および極低温冷凍方法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】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の極低温冷凍機においては、冷媒を圧縮するコンプレッサ及びこの圧縮された冷媒が通過する蓄冷材が充填されシリンダ内を往復運動する蓄冷器容器を含み冷凍サイクル中にサイモン膨張を行うギフォード・マクマホン冷凍機を有する極低温冷凍機であって、前記蓄冷器容器の側面に設けられ予冷する少なくとも１段の予冷手段と、前記コンプレッサ内の冷媒の膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下に調整する圧力調整手段と、前記ギフォード・マクマホン冷凍機の最終段の冷却ステージ内の底部に設けられ前記冷媒が膨張するときに生じる液体を含む冷媒と熱交換を行う熱交換手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明は、冷媒を圧縮するコンプレッサステップ及びこの圧縮された冷媒が通過する蓄冷材が充填されシリンダ内を往復運動する蓄冷器容器を含むギフォード・マクマホン冷凍機を用いて冷凍サイクル中にサイモン膨張を行う極低温冷凍方法において、前記蓄冷器容器の側面に設けられた少なくとも１段の予冷手段により予冷するステップと、前記コンプレッサ内の冷媒の膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下に調整するステップと、前記ギフォード・マクマホン冷凍機の最終段の冷却ステージ内の底部に設けられた熱交換手段により前記冷媒が膨張するときに生じる液体を含む冷媒と熱交換を行うステップと、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の極低温冷凍機および極低温冷凍方法によれば、冷凍機に予冷手段を設け、かつ、膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下とすることにより、冷凍効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る極低温冷凍機及びその方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図である。
【００１９】
本図に示すように、極低温冷凍機は、冷凍サイクル中でサイモン膨張を行う本実施形態の蓄冷式のＧＭ冷凍機１６を備えている。ここでは、まず、この２段膨張式のＧＭ冷凍機１６について説明する。
【００２０】
ＧＭ冷凍機１６は、冷媒を圧縮する高圧縮コンプレッサ１０を有している。この高圧縮コンプレッサ１０内の冷媒の膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下に調整するために圧力調整手段が設けられている。この圧力調整手段によって、高圧縮コンプレッサ１０の冷媒の膨張圧力をこの冷媒の臨界圧力以下としている。また、この高圧縮コンプレッサ１０を用いて４Ｋレベルの冷却を行うときには、冷媒としてヘリウムが用いられる。このヘリウムには、ヘリウム４（Ｈｅ４）や同位体であるヘリウム３（Ｈｅ３）がある。ヘリウム３を用いたときは、沸点は３．１９Ｋであり、ヘリウム４を用いたときは、沸点は４．２１５Ｋである。
【００２１】
この高圧縮コンプレッサ１０は、高圧側配管２３、低圧側配管２４を経由してＧＭ冷凍機１６の蓄冷器を構成する蓄冷器容器６に接続されている。この高圧側配管２３及び低圧側配管２４には、吸気バルブ及び排気バルブとして機能する給気／排気切替弁７が介在している。また、ＧＭ冷凍機１６の本体の上部には、スコッチヨーク８が設置されている。このスコッチヨーク８は、ディスプレーサ及びバルブ駆動モータ９の軸による円運動を、偏心したクランクを用いることにより、直線的な上下往復運動に変換する機構である。このスコッチヨーク８の上下往復運動する出力軸２５の他端は、シリンダ５内を往復運動する蓄冷器容器６に接続されている。
【００２２】
このＧＭ冷凍機１６は、シリンダ５内を往復運動しディスプレーサとしても機能する蓄冷器容器６が内蔵されている。この蓄冷器容器６の上部にはスコッチヨーク８の出力軸２５が連結され、蓄冷器容器６はシリンダ５内を往復運動する。この蓄冷器容器６上部及び中間部には、それぞれ１段シール３ｂ、２段シール３ａが設けられ、冷媒の移動を制限している。
【００２３】
この蓄冷器を構成する蓄冷器容器６内の上部には、１段蓄冷材２ｂが内蔵され、下部には、２段蓄冷材２ａが内蔵されている。また、蓄冷器容器６の側面には、１段の予冷手段冷却ステージ４が設置されている。シリンダ５の下部には、冷却ステージ１が設置されている。この蓄冷式冷凍機により４Ｋレベルの冷却を行うためには、極低温で比熱の大きい希土類金属やセラミック等から作製された蓄冷材を使う必要がある。
【００２４】
この蓄冷器を構成する蓄冷器容器６の側面には、予冷手段が少なくとも１段設置されて予冷している。この予冷手段として、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機又はスターリング冷凍機等を使用することができる。ここでは、１段の予冷用ＧＭ冷凍機２０が予冷手段冷却ステージ４を介して蓄冷器容器６の側面に設置した例を図示している。この予冷用ＧＭ冷凍機２０は、予冷用冷凍機コールドヘッド１２を有し、予冷用冷凍機コンプレッサ１３を備えている。
【００２５】
また、上記ＧＭ冷凍機１６の最下段の冷却ステージ１の内側に設けられ冷媒が膨張するときに生じる液体を含む冷媒と熱交換を行う熱交換手段１９が内蔵されている。この熱交換手段１９については後述する。
【００２６】
このように構成された本実施の形態において、高圧縮コンプレッサ１０で圧縮された高圧冷媒は、給気／排気切替弁７を経由して蓄冷器容器６に導入される。スコッチヨーク８の出力軸２５により、蓄冷器容器６はシリンダ５内を往復運動することにより、高圧冷媒は蓄冷器容器６に内蔵された２段蓄冷材２ａ、１段蓄冷材２ｂと接触し熱交換し放出される。このとき、サイモン膨張によりガスの温度が下がり、低温が発生する。
【００２７】
４Ｋレベルの冷却を行うときには、室温からの蓄冷損失等を考慮して効率よく冷却するために、通常は、ＧＭ冷凍機の蓄冷器を２段膨張式又は３段膨張式の多段化にして冷却している。ここでは、２段膨張式のＧＭ冷凍機１６を例示した。
【００２８】
この２段膨張式のＧＭ冷凍機１６は、最初の段の入口部での温度は３００Ｋレベルであり、最後の段の出口部では４Ｋレベルである。この間に５０Ｋレベルの１段の中間の冷却手段である予冷手段が設置される。３段膨張式のＧＭ冷凍機を設置するときは、最初の段と最後の段との間に８０Ｋレベル及び２０Ｋレベルの２段の予冷手段が設置される。
【００２９】
次に、ＧＭ冷凍機の冷凍能力について説明する。
【００３０】
この４Ｋレベルの冷凍においては、運転圧力を大気圧力にまで低下させて、冷媒を液化させ、その潜熱を利用して冷却するときの方が冷却効率は高い。一方、予冷手段である８０Ｋ、５０Ｋ、２０Ｋレベルの冷却においては、大気圧力にまで膨張圧力を低下させると、所定の冷凍能力を得るためには、ある程度高い（通常２ＭＰａ程度の）供給圧力が必要となり、高圧縮比となってしまう。ＧＭ冷凍機は原理上圧縮比が高くなるほど効率が悪くなるため、予冷手段による冷却においては、膨張圧力を大気圧力にまで下げるメリットはない。
【００３１】
そこで、本実施の形態においては、４Ｋレベルの冷却を行うＧＭ冷凍機１６と、予冷を行う予冷用ＧＭ冷凍機２０とを別々の独立した系統に区分し、運転圧力を各々に最適な条件の下で運転する。すなわち、予冷用ＧＭ冷凍機２０は通常のＧＭ冷凍機の運転圧力である給気圧約２ＭＰａであり、排気圧０．８ＭＰａ程度とする。一方、４Ｋレベルの冷却を行う蓄冷式冷凍機であるＧＭ冷凍機１６は排気圧力（＝膨張圧力）を大気圧程度、あるいはその冷媒の臨界圧力以下にまで下げることで冷媒を液化させる。この液化に伴う潜熱で効率よく４Ｋレベルの冷却を行うことにより、全体として効率の高い４Ｋレベルの冷凍を達成することができる。
【００３２】
なお、４Ｋレベルの冷却を行う通常のＧＭ冷凍機は、従来は、図５に示すように、冷媒として臨界圧力を超えたヘリウムガスが用いられるために、ギャップ式の熱交換器が使用されていた。すなわち、冷媒の強制対流熱伝達を行うためのギャップ２６が４Ｋレベルの冷却を行う冷却ステージ内に存在していた。冷却ステージ１の内壁と蓄冷器容器外壁６ａとのギャップ２６を冷媒が通るときに、冷却ステージ１を強制対流により冷却していた。
【００３３】
一方、本実施の形態のＧＭ冷凍機１６においては、膨張圧力を大気圧力程度にまで下げて膨張している。そうすると、冷媒は１Ｈｚ程度の冷凍サイクル内においては、冷媒が膨張したときに液となって冷却ステージ底部に貯溜する。冷却ステージに熱負荷をかけたときには沸騰熱伝達により、効率的に伝熱が行われる。このために、ギャップ部における熱交換は不要となり、蓄冷器容器６からの冷媒の出入り口を冷却ステージ１側に直接設けることができる。このようにして、膨張時の圧力損失を低減することができる。また、冷却ステージ底部の伝熱面積を増加することができ、熱流束に伴う壁と液との温度差を低減でき、冷凍効率の向上及び冷却温度の低下を図ることができる。
【００３４】
本実施の形態によれば、ギフォード・マクマホン冷凍機において、１段以上の予冷段を設け、かつ、膨張圧力をその冷媒の臨界圧力以下とすることにより、また、冷却ステージの内壁と蓄冷器外壁とのギャップを削減することにより、極低温冷凍機の冷凍効率のさらなる向上を図ることができる。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図である。本図は、図１の極低温冷凍機の蓄冷器容器６の下部を切断して示すものであり、図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００３６】
本図に示すように、蓄冷器容器６は、シリンダ５内に内蔵され往復運動する。この蓄冷器容器６には、冷媒が通過する２段蓄冷材２ａが内蔵されている。このシリンダ５の下部には、冷却ステージ１が設置されている。このシリンダ５内の下部には、熱交換手段１９として多孔質伝熱体１４が設けられている。この多孔質伝熱体１４は、球状金属製接合体、ポーラス状金属又はハニカム状金属等から作製されている。また、この球状金属状接合体、ポーラス状金属又はハニカム状金属等は、良熱伝導体又は高比熱体の性質を有する希土類金属より作製されている。
【００３７】
このように、底部に熱伝導率の高い銅等の金属球を敷き詰め、メッキ、あるいは拡散接合等の手段で冷却ステージと熱的に接触させている。あるいは、金属球として、極低温で比熱の高い希土類金属を用いることで、冷却ステージの温度振幅の低減を図り、冷凍効率の向上を図ることも可能である。
【００３８】
本実施の形態によれば、ＧＭ冷凍機において、１段以上の予冷段を設け、かつ、膨張圧力をその冷媒の臨界圧力以下とすることにより、また、熱交換手段１９として多孔質伝熱体１４を用いることにより、極低温冷凍機の冷凍効率の向上をさらに図ることができる。
【００３９】
図３は、本発明の第３の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図である。本図は、図１の極低温冷凍機の蓄冷器容器６の下部を切断して示すものであり、図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００４０】
本図に示すように、冷却ステージ１の底部に、熱交換手段１９として貫通しない上向きの凹み１５ａを多数設けた熱伝導体１５を配置することにより、伝熱面積を増加させることができる。または、図には示さないが、冷却ステージ１に凹凸を設け、表面積の増加を図ることも効果がある。その際、蓄冷器容器６の先端の底部にも相対する凹凸を設けることで、冷凍サイクルに対する無効容積の低減を図ることになり、冷凍効率の向上を図ることができる。
【００４１】
すなわち、図３に示すように、冷却ステージ１の底部に貫通しない上向きの凹み１５ａを多数設けることにより、伝熱面積を増加させることができる。または、図には示さないが、冷却ステージ１に凹凸を設け、表面積の増加を図ることも効果がある。このときに、蓄冷器容器６の先端の底部にも相対する凹凸を加工することにより、冷凍サイクルに対する無効容積の低減を図ることができ、冷凍効率の向上を図ることも可能である。
【００４２】
本実施の形態によれば、ＧＭ冷凍機において、１段以上の予冷段を設け、かつ、膨張圧力をその冷媒の臨界圧力以下とすることにより、また、熱交換手段１９として貫通しない上向きの凹み１５ａを多数設けた熱伝導体１５を配置することにより、極低温冷凍機の冷凍効率の向上をさらに図ることができる。
【００４３】
図４は、本発明の第４の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図である。本図は、図１の極低温冷凍機の蓄冷器容器６の下部に穴加工された熱伝導体１５を設けるものであり、図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００４４】
本図に示すように、蓄冷器容器６は、シリンダ５内に内蔵され往復運動する。この蓄冷器容器６には、冷媒が通過する２段蓄冷材２ａが内蔵されている。このシリンダ５の下部には、冷却ステージ１が設置されている。このシリンダ５内の下部には、熱交換手段として加工された熱伝導体１５を備えている。この加工された熱伝導体１５には、微細な貫通孔１５ｂが加工され、さらにポーラス状の下向きの凹み１５ｃが加工されている。この加工された熱伝導体１５は、良熱伝導体又は高比熱体の性質を有する希土類金属より作製されている。また、最終段の蓄冷器容器６の蓄冷器容器先端部６ｂには先端シール手段である先端シール３ｃが設けられている。この先端シール３ｃは、蓄冷器容器先端部６ｂとシリンダ５の内壁との間をシールすることができる。
【００４５】
このように構成された本実施の形態において、加工された熱伝導体１５は貫通孔１５ｂが加工されかつ下向きの凹み１５ｃが加工されているので、冷凍機コールドヘッドを傾斜したときでも、所定の冷凍能力を得ることができる。また、蓄冷器容器６の蓄冷器容器先端部６ｂとシリンダ５の内壁との間に先端シール３ｃを設けている。この先端シール３ｃにより、密度の高い低温冷媒がシリンダ５と蓄冷器容器６との間に流れ込んで生じる対流による熱侵入を抑制することができる。このとき、先端シール３ｃは冷却ステージ１とは離れた位置に設置することにより、摩擦発熱が直接冷却ステージ１に伝達しないようにしておく。
【００４６】
本実施の形態によれば、ＧＭ冷凍機において、１段以上の予冷段を設け、かつ、膨張圧力をその冷媒の臨界圧力以下とすることにより、また、熱交換手段１９として貫通孔１５ｂ及び下向きの凹み１５ｃが加工された熱伝導体１５を設けることにより、極低温冷凍機の冷凍効率のさらなる向上を図ることができる。
【００４７】
また、シリンダ５の底部には、貫通孔１５ｂが加工されかつ下向きの凹み１５ｃが加工されている加工された熱伝導体１５が配置されている。このために、冷凍機コールドヘッドを傾けても、下向きの凹み１５ｃがあるので、凝縮した液が貯溜することができる。かくして、冷凍機の取り付け方向の誤差に関連する冷凍性能の劣化を抑制することのできる。
【００４８】
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の各実施例を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図。
【図５】従来の蓄冷式極低温冷凍機を示す構成図。
【符号の説明】
【００５０】
１…冷却ステージ、２ａ…２段蓄冷材、２ｂ…１段蓄冷材、３ａ…２段シール、３ｂ…１段シール、３ｃ…先端シール、４…予冷手段冷却ステージ、５…シリンダ、６…蓄冷器容器、６ａ…蓄冷器容器外壁、６ｂ…蓄冷器容器先端部、７…給気／排気切替弁、８…スコッチヨーク、９…ディスプレーサ及びバルブ駆動モータ、１０…高圧縮コンプレッサ、１０ａ…給気（高圧）側、１０ｂ…排気（低圧）側、１１…伝熱板、１２…予冷用冷凍機コールドヘッド、１３…予冷用冷凍機コンプレッサ、１４…多孔質伝熱体、１５…熱伝導体、１５ａ…上向きの凹み、１５ｂ…貫通孔、１５ｃ…下向きの凹み、１６…ＧＭ冷凍機、１８…真空容器壁、１９…熱交換手段、２０…予冷用ＧＭ冷凍機、２３…高圧側配管、２４…低圧側配管、２５…出力軸、２６…ギャップ。
【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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