(57)【要約】    【課題】  蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行うと共に、作動ガスの気密に対する信頼性が性高く、又メンテナンス性も良好で、且つ内部側熱交換器が小型な蓄冷器を提供すること。    【解決手段】  蓄冷型冷凍機に使用される蓄冷器１０であって、蓄冷容器１０Ｃに蓄冷器１０内を往復流動する作動ガスと熱交換対象との間で熱交換する第１熱交換器１１を設け、第１熱交換器１１は外部側熱交換器１２と内部側熱交換器１３を有し、内部側熱交換器１３の外周面１３ｂを外部側熱交換器１２の内周面１２ｂに当接し、当接した接触面１３ａに互い接触面１３ａを押し合う力を作用させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄冷型冷凍機に使用される蓄冷器であって、
前記蓄冷器を往復流動する作動ガスと熱交換する内部側熱交換器と、前記内部側熱交換器の外面に当接する内面を有する外部側熱交換器と、を配備する熱交換器と、
前記外部側熱交換器に気密に固定されるケースを有する蓄冷容器と、
前記ケースに充填され前記作動ガスと吸熱、放熱を繰返す蓄冷材と、を備え、
前記外面と、前記内面との接触面に互いに押付け合う力を作用させる、ことを特徴とする蓄冷器。
【請求項２】
前記外面は雄ネジを形成し、前記内面は前記雄ネジに螺合する雌ネジを形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷器。
【請求項３】
前記雄ネジと、前記雌ネジとは、同じテーパ角度のテーパ雄ネジと、テーパ雌ネジである、ことを特徴とする請求項２に記載の蓄冷器。
【請求項４】
前記外面と、前記内面は、同じ傾斜角度のテーパ面であり、
前記押付け合う力は、前記内部側熱交換器に作用し、前記内面の軸方向で且つ前記内面を押す方向の力によって生じる力である、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷器。
【請求項５】
前記蓄冷器は、前記内部側熱交換器が着脱できる挿入口と、前記挿入口に装着されるキャップを前記蓄冷器の高温端側に設けた、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蓄冷器。
【請求項６】
前記外面と、前記内面の間に、軟質部材が介在する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに一項に記載の蓄冷器。
【請求項７】
前記蓄冷器は、多段型の蓄冷器で、各段の少なくとも一つに前記熱交換器が配備される、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蓄冷器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスターリング冷凍機、パルス管冷凍機あるいはＧＭ冷凍機などの蓄冷型冷凍機に使用される蓄冷器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の蓄冷型冷凍機として、圧縮機と、蓄冷器と、パルス管と、位相制御部と、蓄冷器と圧縮機から引出した接続管との間に介装した第１の高温側熱交換器と、蓄冷器とパルス管との間に介装した低温側熱交換器と、パルス管と位相制御部のイナータンスチューブとの間に介装した第２の高温側熱交換器とからなり、各熱交換器はハウジングの内部にここを流れる作動ガスとの間で熱交換を行う熱交換部材を内蔵したパルス管冷凍機において、低温側熱交換器について、そのハウジング内における熱交換部材とパルス管接続端との間に、作動ガスの流速分布を均一にする整流部材を介捜したパルス管冷凍機の熱交換器が開示されている。この蓄冷器は、高温側熱交換器と、低温側熱交換器とも、金網などの金属メッシュあるいは金属焼結体の熱交換部材が、多数枚装填される（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
また、パルス管冷凍機、あるいは、スターリング冷凍機等の２段膨張型冷凍機に使用される２段型蓄冷器では、図６に示す蓄冷器８０が使用される。図６に示すように冷凍機９５は、第１膨張部９６と、第２膨張部９７と、蓄冷器８０を備える。
【０００４】
１段目の第１熱交換器８１は、熱伝導率の高い銅などのブロックに多数本の孔８１ａが開口され、熱交換器８１の両端にケース８２と、ケース８３が気密に固定され、蓄冷容器８０Ｃを構成する。ケース８２と、ケース８３には、それぞれ蓄冷材８４、８５を充填するため、開口８２ａ、開口８３ａが設けられる。ケース８２、８３のそれぞれの開口８２ａ、８３ａには、蓄冷材８４、８５を充填後にキャップ８６と、２段目の第２熱交換器８９が取付けられる。キャップ８６と、２段目の第２熱交換器８９は蓄冷容器８０Ｃに着脱できる。
【０００５】
また、第２熱交換器８９は、一端にコネクター６４を接続した配管６３が接続され、コネクター６４はシール部材６５を介在し第２膨張部９７のコールドヘツド９７ａに着脱可能に接続される。第１熱交換器８１も、一端にコネクター６７を接続した配管６６が接続され、コネクター６７はシール部材６８を介在し第１膨張部９６のコールドヘツド９６ａに脱着可能に接続される。そして蓄冷材８４側が１段目の第１蓄冷器８７、蓄冷材８５側が２段目の第２蓄冷器８８となる。
【０００６】
気密確保のため、ケース８２と、第２熱交換器８９には、それぞれシール部材７８、７９が設けられる。また、コネクター６４、コネクター６７にも、それぞれシール部材６５、６８が設けられる。第１熱交換器８１、第２熱交換器８３、コールドヘツド９７ａ、コールドヘツド９６ａは極低温、真空環境下に配備されるため、シール部材７９、６５、６８は金属Ｏリングが使用される。一方、ケース８２は、大気雰囲気に配備されるのでゴムなどの軟質シール材のＯリングが使われ、簡単にヘリウム等の作動ガスの気密が確保される。
【特許文献１】特開２００３−１６６７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１によれば、熱交換部材が金属メッシュの場合、金属メッシュの線材がハウジングの内周面に接触して、この接触を介在して金属メッシュとハウジングとの間で熱が伝達される。しかし、金属メッシュでは接触の抑え力が僅かであるので、接触による熱移動の熱抵抗が大きく、伝達熱量が低下する問題がある。
【０００８】
また、熱交換部材が金属焼結体の場合、金属焼結体の側面が、ハウジングの内周面に接触して、この接触を介在して金属焼結体とハウジングとの間で熱が伝達される。金属焼結体と、ハウジング内周面に隙間がないと、金属焼結体をハウジングに装填できない。金属焼結体と、ハウジング内周面との間の隙間は、金属焼結体と、ハウジング内周面との間の熱抵抗を著しく増大させる。結果、移送熱量が低下する問題がある。また、金属焼結体をハウジング内周面に圧入しても、金属焼結体の厚さが薄いため、圧入後、金属焼結体が反ってしまい、金属焼結体とハウジング内周面との間の押付け力が低下するため、接触面間の接触熱抵抗が増大し、伝達熱量が低下する問題がある。金属焼結体の厚さが厚いと、圧入後、金属焼結体の反りは生じないが、金属焼結体を取り外すことが出来なくなる。結果、冷凍機内部のピストンリングの摩耗粉などによる汚染を除去するメンテナンスが出来ない問題が生じる。
【０００９】
また、接触面間の熱抵抗の増大による送熱量の減少を回復するため、接触面積を増大すると、熱交換器が大きくなり、熱交換器の大型化に伴い熱損失（熱伝導損失、熱輻射損失、圧力比低下損失）が増大して、冷凍機の性能が低下する問題がある。
【００１０】
また、前述の蓄冷器８０では、第１熱交換器８１、第２熱交換器８９の熱交換部分が一体構造であるので、各熱交換器８１、８９を形成する固体の熱抵抗は小さく、熱を効率よく熱交換できる。第２蓄冷器８８の蓄冷材８５を充填した後、第２熱交換器８９をケース８３に取付ける。しかし、シール部材７９が金属Ｏリングであるため、シール面に微小なゴミ、あるいは、微小なキズがあると作動ガスが漏れ、冷凍機の性能が確保できず、蓄冷器の気密に対する信頼性が低下する問題がある。シール部材６５、６８についても同様の問題がある。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、蓄冷器に設けた熱交換器の内部側熱交換器と、外部側熱交換器との接触面の接触熱抵抗を減少することにより、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行うと共に、作動ガスの気密に対する信頼性が高く、又メンテナンス性も良好で、且つ内部側熱交換器が小型な蓄冷器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】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、蓄冷型冷凍機に使用される蓄冷器であって、蓄冷器を往復流動する作動ガスと熱交換する内部側熱交換器と、内部側熱交換器の外面に当接する内面を有する外部側熱交換器と、を配備する熱交換器と、外部側熱交換器に気密に固定されるケースを有する蓄冷容器と、ケースに充填され作動ガスと吸熱、放熱を繰返す蓄冷材と、を備え、外面と、内面との接触面に互いに押付け合う力を作用させる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、外面は雄ネジを形成し、内面は雄ネジに螺合する雌ネジを形成する。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、雄ネジと、雌ネジとは、同じテーパ角度のテーパ雄ネジと、テーパ雌ネジである。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、外面と、内面は、同じ傾斜角度のテーパ面であり、押付け合う力は、内部側熱交換器に作用し、内面の軸方向で且つ内面を押す方向の力によって生じる力である。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、蓄冷器は、内部側熱交換器が着脱できる挿入口と、挿入口に装着されるキャップを蓄冷器の高温端側に設けた。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、内面の間に、軟質部材が介在する。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、蓄冷器は、多段型の蓄冷器で、各段の少なくとも一つに熱交換器が配備される。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明では、蓄冷器は、熱交換器の外部側熱交換器と内部側熱交換器を備えており、内部側熱交換器の外面は外部側熱交換器の内面に当接する。当接する互いの接触面に押付け合う力を互いに作用させる。
【００２０】
固体の接触面を伝わる熱量Ｑは、接触面間の温度差をΔＴ、接触面の接触熱抵抗をＲとすると、Ｑ＝ΔＴ／Ｒであるので、接触熱抵抗Ｒは小さい方が、接触面を伝わる熱量Ｑが大きくなる。
【００２１】
従来技術では、熱交換部材が金網等であるので、熱交換部材の外周面（金網の線材の先端）は、低温側熱交換器の内周面にソフトに接触し、押し合う力がほとんど発生しない。結果、接触熱抵抗が大きく、接触面で伝達される熱量は僅かとなる。
【００２２】
しかし、本発明では、外部側熱交換器の内面と、内部側熱交換器の外面との接触面には、互いに押し合う力が作用するので、内周面と外面の接触面間の接触熱抵抗は、従来技術に比べ、減少し、従来技術より接触面の伝達熱量が増大する。結果、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行う蓄冷器を提供できる。
【００２３】
また、効率よく熱を交換できるので、内部側熱交換器の小型化が図れ、これに伴い蓄冷器が小型になる。引いては冷凍機の効率が向上する。
【００２４】
また、蓄冷器の高温端に内部側熱交換器を出し入れ出来る挿入口を配備する。内部側熱交換器を外部側熱交換器に着脱可能にし、内部側熱交換器の外面を外部側熱交換器の内面に当接させ、挿入口に装着するキャップを蓄冷容器に着脱可能に固定できる。従って、冷凍機のメンテナンスの際、内部側熱交換器を蓄冷容器から取出せ、再び組付けることが出来るので、蓄冷材の交換あるいは洗浄が可能になりメンテナンス性の良好な蓄冷器を提供できる。
【００２５】
また、内部側熱交換器を蓄冷容器から着脱可能にすることで、キャップを大気側に配備でき、従来のように組付時の作動ガスの漏れに対する信頼性の低い金属リングなどを使用せずに済む。結果、作動ガスの気密に対する信頼性の高い蓄冷器を提供できる。
【００２６】
また、請求項２に記載の発明では、外面は雄ネジを形成し、内面は雄ネジに螺合する雌ネジを形成する。従って、雄ネジを雌ネジに螺合することで、ネジの締め付け力がネジの山、谷である接触面に直接作用し、外面（雄ネジの山の面）と内面（雌ネジの谷の面）との接触熱抵抗が従来技術より減少する。結果、接触面の熱伝達量は増大し、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行う蓄冷器を提供できる。また、効率よく熱を交換できるので、内部側熱交換器の小型化が図れ、引いては冷凍機の効率が向上する。
【００２７】
また、請求項３に記載の発明では、接触面を形成する雄ネジと、雌ネジとは、同じテーパ角度のテーパネジである。雄ネジの山の両面と、雌ネジの谷の両面とが接触面となるので、テーパ雄ネジ（外面）をテーパ雌ネジ（内面）に螺合することにより、接触面に押し合う力が発生し接触面の接触熱抵抗が従来技術より減少する。この場合、ストレートネジに比べ、略２倍の接触面積が得られる。また、テーパネジを螺合するほど、押付け力は増大する。結果、接触面の熱伝達量は増大し、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行う蓄冷器を提供できる。
【００２８】
また、請求項４に記載の発明では、内部側熱交換器の外面と、外部側熱交換器の内面は、同じ傾斜角度のテーパ面である。押付け合う力は、内部側熱交換器に作用し、内面の軸方向で且つ内面を押す方向の力によって生じる力である。即ち、互いに押し合う力は、内面を押す力の、接触面の垂直成分である。この押し合う力によって、接触面の接触熱抵抗は従来技術より減少する。結果、接触面の熱伝達量は増大し、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行う蓄冷器を提供できる。また、効率よく熱を交換できるので、内部側熱交換器の小型化が図れ、引いては冷凍機の効率が向上する。
【００２９】
内部側熱交換器に作用する力として、例えば、（１）内部側熱交換器の外周側端部に設け外部側熱交換器に螺合する締付け力と、（２）内部側熱交換器に端部外周側の差込み内面を外面に当接させるネジのボルトの締付け力と、（３）キャップと内部側熱交換器との間に充填される蓄冷材を介在してキャップに固定するボルトの締付け力のいずれでも良い。
【００３０】
また、請求項５に記載の発明では、蓄冷器は、内部側熱交換器を着脱できる挿入口と、挿入口に装着されるキャップを蓄冷器の高温端側に設けた。従って、冷凍機のメンテナンスの際、内部側熱交換器を蓄冷容器から取出せ、再び組付けることが出来るので、蓄冷材の交換あるいは洗浄が可能になりメンテナンス性の良好な蓄冷器を提供できる。
【００３１】
また、キャップを大気側に配備し、内部側熱交換器を蓄冷容器から着脱できるので、従来技術のように組付時の作動ガスの漏れに対する信頼性の低い金属リングなどを使用せずに済む。結果、作動ガスの気密に対する信頼性の高い蓄冷器を提供できる。
【００３２】
また、蓄冷器の真空側を大気にさらす必要がないので、メンテナンス後の真空引き作業を必要とせず、より短時間のメンテナンスが可能となる。
【００３３】
また、請求項６に記載の発明では、外面と、内面の間に、軟質部材が介在する。外部側熱交換器の内周面と内部側熱交換器の外周面の間に、インジウムなどの軟質で熱伝導の良いは薄板、あるいは、銅粉を真空グリスに混入した銅粉混入真空グリス等の軟質部材を介在して内部側熱交換器を外部側熱交換器に押し込むことにより、接触面の表面粗さによって生じるスキマにインジウムなどの薄板、あるいは、銅粉真空グリスが入り込み、真の接触面積が増大し、接触面の接触熱抵抗が減少する。結果、接触面の熱伝達量は増大し、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行う蓄冷器を提供できる。
【００３４】
また、請求項７に記載の発明では、蓄冷器は、多段型の蓄冷器で、各段の少なくとも一つに熱交換器が配備される。極低温の冷凍を得るには、蓄冷器は多段型の蓄冷器が必要となる。コールドヘッドは極低温、真空環境下にあるため、熱交換器を蓄冷容器から取り外し可能な構造にすると、作動ガスの気密確保の信頼性が低下する。しかし、多段型冷蓄冷器の各段の少なくとも一つに本発明の熱交換器を配設することにより、熱交換器の内部側熱交換器を蓄冷容器から着脱でき、従来のように組付時の作動ガスの漏れに対する信頼性の低い金属リングを使用し、熱交換器を取り外す構造にする必要はない。結果、作動ガスの気密に対する信頼性が高く、メンテナンス性の良い蓄冷器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係わる蓄冷器の説明図である。図１に示すように、第２冷凍機２（蓄冷型冷凍機）は、蓄冷器１０の第２熱交換器１６と、第２膨張部５のコールドヘッド６とを配管６１に接続し、構成される。蓄冷器１０の第１熱交換器１１は、蓄冷型である第１冷凍機１の第１膨張部３のコールドヘッド４に設けられ、コールドヘッド４で発生した冷凍で、蓄冷器１０の第１熱交換器１１を往復流動するヘリウム（作動ガス）を冷却する。
【００３７】
第１冷凍機１のコールドヘッド４は、例えば略６０Ｋの冷凍を発生し、蓄冷型の第２冷凍機２のコールドヘッド６は、例えば略１５Ｋの冷凍を発生する。第１冷凍機１と、第２冷凍機２は作動ガス回路が別の回路で、以下に述べるように、第２冷凍機２の蓄冷器１０の途中は、第１冷凍機１の発生する冷凍によって冷却され、第２膨張部５のコールドヘッド６で略１５Ｋの冷凍を発生する。
【００３８】
蓄冷器１０は、蓄冷容器１０Ｃと、蓄冷容器１０Ｃに充填される第１蓄冷材２１（蓄冷材）、第２蓄冷材第２２（蓄冷材）と、第１熱交換器１１（熱交換器）と、第２熱交換器１６（熱交換器）と、キャップ２３とから構成される。第１蓄冷材２１側は第１蓄冷器１０Ａを、第２蓄冷材２２側は第２蓄冷器１０Ｂを形成し、蓄冷器１０は２段型の蓄冷器である。
【００３９】
蓄冷容器１０Ｃは、順次、第１ケース１４（ケース）と、第１熱交換器１１と、第２ケース１５（ケース）と、第２熱交換器１６とを気密に固着し構成される。
【００４０】
第１熱交換器１１は、外部側熱交換器１２と、内部側熱交換器１３とを備える。
【００４１】
第１ケース１４は、内部側熱交換器１３と、後述する内部側熱交換器１８が通過できる挿入口１０ｄが設けられ、挿入口１０ｄにはキャップ２３が装着される。挿入口１０ｄは蓄冷器１０の高温端側に位置する。
【００４２】
外部側熱交換器１２には、内周面１２ｂ（内面）がテーパ面の貫通孔１２ａが設けられる。同じように、内部側熱交換器１３には、内周面１２ｂと同じ傾斜角度のテーパ面の外周面１３ｂ（外面）が設けられ、内周面１２ｂに外周面１３ｂが当接し、内部側熱交換器１３は多数本のボルト７１で外部側熱交換器１２に固定される。これにより、内部側熱交換器１３は、外部側熱交換器１２に着脱可能で、蓄冷容器１０Ｃから取出すことが出来る。
【００４３】
内周面１２ｂと、外周面１３ｂとの接触面１３ａは、熱が伝達される伝熱面を形成する。
【００４４】
また、内部側熱交換器１３は、ヘリウムが往復流動する多数本の貫通孔１３ｃが設けられる。
【００４５】
また、第１熱交換器１１の下面に被冷却体２６が配備され、第１冷凍機１のコールドヘッド４で発生する例えば略６０Ｋの冷凍で冷却される。第１冷凍機１は、第２冷凍機２の蓄冷器１０の第１熱交換器１１の貫通孔１３ｃを往復流動するヘリウムと、被冷却体２６の両方を冷却する。
【００４６】
尚、外部側熱交換器１２および内部側熱交換器１３は、銅などの熱伝導の良い材料が良い。
【００４７】
第２熱交換器１６は、外部側熱交換器１７と、内部側熱交換器１８と、外部側熱交換器１７に気密に固着されたヘッド１９とを備える。外部側熱交換器１７と、内部側熱交換器１８は、銅などの熱伝導の良い材料が良好である。外部側熱交換器１７には、テーパ雌ネジ１７ａ（雌ネジ）が貫通され、テーパ雌ネジ１７ａの表面は内周面１７ｂ（内面）を形成する。同じように、内部側熱交換器１８には、テーパ雌ネジ１７ａと同じ傾斜角度のテーパ雄ネジ１８ａ（雄ネジ）が設けられ、テーパ雄ネジ１８ａはテーパ雌ネジ１７ａに螺合される。テーパ雄ネジ１８ａの表面は外周面１８ｂ（外面）を形成する。内部側熱交換器１８は、ねじ回転用の治具を取付ける孔１８ｄが設けられ、これにより外部側熱交換器１７に着脱可能で、蓄冷容器１０Ｃから取出すことが出来る。
【００４８】
テーパ雄ネジ１８ａ、テーパ雌ネジ１７ａとが接触する接触面１７ｃは、熱が伝達される伝熱面を形成する。また、外部側熱交換器１７の外周面には、被冷却体２７が取付けられる。内部側熱交換器１８は、ヘリウムが往復流動する多数本の貫通孔１８ｃが設けられる。
【００４９】
第１、第２蓄冷材２１、２２の充填手順および冷凍機１、２の取付け手順について説明する。初めに、内部側熱交換器１８を外部側熱交換器１７に螺合し、次に第２蓄冷材２２を蓄冷容器１０Ｃに充填する。充填後、内部側熱交換器１３の外周面１３ｂを外部側熱交換器１２の内周面１２ｂ当接し、ボルト７１で内部側熱交換器１３を外部側熱交換器１２に固定する。そして第１蓄冷材２１を蓄冷容器１０Ｃに充填し、充填した後、キャップ２３をＯリング等のシール部材２４を介在して蓄冷容器１０Ｃに装着し、多数本のボルト７２で固定する。そして、第１冷凍機１と、第２冷凍機２とをシール部材２４が大気側に配備されるように内部が真空の真空容器２５に取付ける。
【００５０】
次に、図１の本発明の第１実施形態の作用と効果について説明する。
【００５１】
第１冷凍機１は、第１膨張部３のコールドヘッド４で例えば略６０Ｋの冷凍を発生する。内部側熱交換器１３の貫通孔１３ｃを往復流動するヘリウムの温度はコールドヘッド４の温度より高く、コールドヘッド４で発生した略６０Ｋの冷凍により冷却される。即ち、貫通孔１３ｃを往復流動するヘリウムは、貫通孔１３ｃの表面から、順次、内部側熱交換器１３の内部、接触面１３ａ、外部側熱交換器１２の内部を経由する図示の経路Ｒ１を通過し、コールドヘッド４で吸熱され、例えば略６５Ｋに冷却される。この冷却により、蓄冷器１０の高温側と第１熱交換器１１との間で発生する第１蓄冷器１０Ａの非効率損失が補償され、コールドヘッド６で発生する例えば略１５ｋの冷凍量は、非効率損失分増大する。
【００５２】
第１熱交換器１１で冷却される冷却量は、内周面１２ｂと外周面１３ｂと接触面１３ａの接触熱抵抗によって変わる。
【００５３】
図２は、接触面１３ａでの熱の移送および接触面の押し合う力の説明図である。図中、ギザギザの線は、接触面の拡大断面図で、表面の粗さを示し、（ａ）は従来技術で、（ｂ）は本発明（図１のＭ部の拡大）を示し、（ｃ）は接触面の押し合う力を示す。図２（ａ）に示すように、従来技術では、低温側熱交換器９１の内周面９１ｂと、金網の熱交換部材９２の外面９２ｂ（金網の線材の端面）とがソフトに接触するため、互いの表面のギザギザの凹凸が変形せず、互いの面の凹凸が接触する接触面積（以下、真の接触面積）が殆ど得られない。この真の接触面積が、個体間の接触に熱伝導面となるので、従来技術では、接触面の接触熱抵抗は増大する。
【００５４】
しかし、図２（ｂ）に示すように、本発明では、外部側熱交換器１２の内周面１２ｂと、内部側熱交換器１３の外周面１３ｂは、同じ傾斜角のテーパ面で、互いに当接し、多数本のボルト７１の締付け力で押え付けられる。ボルト７１の締付け力により内部側熱交換器１３には、外部側熱交換器１２の内周面１２ｂの軸方向で、内周面１２ｂの軸方向を押す力Ｆが発生する。図２（ｃ）に示すように、軸方向を押す力Ｆは接触面１３ａに垂直な力ｆ１と接触面１３ａに沿う力ｆ２に分解される。そして垂直な力ｆ１が押し合う力として接触面１３ａに作用する。この垂直な力ｆ１即ち押し合う力ｆ１により、図示の斜線のように、互いの表面のギザギザの凸部と凸部が重なった図示の斜線部分が、変形し、変形した一部分が凹部に入り込み、真の接触面積が増大し、固体間の接触熱抵抗が減少する。変形した一部分が凹部に入り込むことにより、凹部の平均深さが浅くなり、凹部の空間に存在するヘリウムの平均厚さ（凹部の平均深さに等しい）も短くなるので、接触面１３ａの熱伝達に関与するヘリウムの熱抵抗も減少する。固体間の接触熱抵抗の減少と、ヘリウムの熱抵抗の減少とにより接触面１３ａの接触熱抵抗は、従来技術に比べて減少する。
【００５５】
固体の接触面を伝わる熱量Ｑは、接触面間の温度差をΔＴ、接触面の接触熱抵抗をＲとすると、Ｑ＝ΔＴ／Ｒであるので、接触熱抵抗Ｒが小さい方が、接触面を伝わる熱量Ｑが大きくなる。尚、熱量Ｑは、ヘリウムが冷却される冷却量であり、交換熱量である。
【００５６】
従って、従来技術では、上述したように接触熱抵抗が大きく、冷却量が僅かとなる。しかし、本発明では、上述したように、内周面１２ｂと外周面１３ｂの接触面１３ａ間の接触熱抵抗は、従来技術に比べ、減少する。結果、従来技術より内部側熱交換器１３を往復流動するヘリウムを冷却する冷却量は増大し、効率よく熱交換が行える蓄冷器１０を提供できる。また、熱交換を効率よく行うことにより、同じ交換熱量を確保する場合、熱交換器１１は従来技術より小型になり、引いては蓄冷器１０も小型になる。
【００５７】
第２膨張部５のコールドヘッド６で例えば略１５Ｋの冷凍を発生する。内部側熱交換器１８の貫通孔１８ｃを往復流動するヘリウムは、コールドヘッド６で発生した略１５Ｋの冷凍で、被冷却体２７を冷却する。即ち、被冷却体２７は、外部側熱交換器１７の外周面から、順次、外部側熱交換器１７の内部、接触面１７ｃ、内部側熱交換器１８の内部の図に示す経路Ｒ２を通過し、貫通孔１８ｃの表面で、貫通孔１８ｃを往復流動する略１５Ｋのヘリウムにより冷却される。
【００５８】
外部側熱交換器１７のテーパ雌ネジ１７ａに内部側熱交換器１８のテーパ雄ネジ１８ａを螺合することにより、外部側熱交換器１７のテーパ雌ネジ１７ａの谷である内周面１７ｂと、内部側熱交換器１８のテーパ雄ネジ１８ａの山である外周面１８ｂは、互いに当接し、テーパ雌ネジ１７ａ、テーパ雄ネジ１８ａの締付け力で押え付けられる。この場合、ネジの山の両面と谷の両面が当接し、ストレートネジではネジの山の片面と谷の両面が当接するので、ストレートネジの略２倍の接触面積が得られる。また、テーパ雄ネジ１８ａの径とテーパ角度が、第１熱交換器１１の外周面１３ｂの径とテーパ角度と同じ場合、テーパ雄ネジ１８ａの接触面１７ｃの方が外周面１３ｂの接触面１３ａより大きくなる。
【００５９】
接触面１７ｃには、テーパ雌ネジ１７ａとテーパ雄ネジ１８ａの締付け力により、互いの接触面１７ｃに押し合う力が発生するので、接触面３２ｃの熱伝達は、前述した第１熱交換器と同じ作用で行われる。即ち、接触面１７ｃの接触熱抵抗は、従来技術より減少し、接触面１７ｃでの熱伝達量は増大し、被冷却体２７を冷却する冷却量は従来技術より増大する。結果、第２熱交換器１６は熱交換量が増大し、効率よく熱交換が行える蓄冷器１０を提供できる。また、熱交換を効率よく行うことにより、同じ交換熱量を確保する場合、熱交換器１６は従来技術より小型になる。
【００６０】
尚、第１熱交換器１１では、内部側熱交換器１３から外部側熱交換器１２の方向に熱は経路Ｒ１（図１）を通過し、貫通孔１３ｃを往復流動するヘリウムがコールドヘッド４で発生した冷凍により冷却されるが、第２熱交換器１６では、外部側熱交換器１８から内部側熱交換器１７の方向に熱は経路Ｒ２（図１）を通過し、貫通孔１８ｃを往復流動するヘリウムが被冷却体２７を冷却する。従って、第１熱交換器１１の熱交換対象はコールドヘッド４で発生した冷凍であり、第２熱交換器１６の熱交換対象は被冷却体２７である。
【００６１】
また、第１蓄冷材２１、第２蓄冷材２２とも蓄冷容器１０Ｃの大気側に配設した挿入口１０ｄから充填できる。極低温、真空環境下に置かれる第２熱交換器１６はシール部材２４が不要の密閉一体構造であるので、従来技術のような蓄冷材充填後、極低温、真空環境下に置かれる第２膨張部のコールドヘッドへの組付はない。第１蓄冷材２１、第２蓄冷材２２の充填後に装着されるキャップ２３、およびシール部材２４は大気側に配設されるので、組付の信頼性の低い金属リングは使用せず、組付の信頼性の高いゴムなどの軟質材のＯリングで良い。結果、作動ガスの気密に対する信頼性の高い蓄冷器１０が提供できる。
【００６２】
また、第２冷凍機２が、ピストンリングなどの摩耗粉などによる汚染で性能劣化した際、蓄冷器１０は、内部側熱交換器１３、内部側熱交換器１８を蓄冷容器１０Ｃから取外しでき、第２冷凍機２のメンテナンスの際、第１蓄冷材２１、第２蓄冷材２２と、内部側熱交換器１３、内部側熱交換器１８とを再組付できるので蓄冷器１０、引いては第２冷凍機２のメンテナンス性が向上する。
【００６３】
また、蓄冷器１０の真空側を大気にさらす必要がないので、メンテナンス後の真空引き作業を必要とせず、より短時間のメンテナンスが可能となる。
【００６４】
尚、蓄冷容器１０ＣにＯリングななどのシール部材２４を使用せず、キャップ２３と第１ケース１４を溶接構造にしても良い。この場合、メンテナンスする際、溶接部を切り落とし、メンテナンス後、再度溶接できる構造にしても良い。
【００６５】
また、外部側熱交換器１２の内周面１２ｂと内部側熱交換器１３の外周面１３ｂの間に、インジウムなどの軟質で熱伝導の良いは薄板、あるいは、銅粉を真空グリスに混入した銅粉混入真空グリス等の軟質部材７０を介在して内部側熱交換器１３を外部側熱交換器１２に押し込むことにより、接触面１３ａの表面粗さによって生じるスキマにインジウムなどの薄板、あるいは、銅粉真空グリスが入り込み、真の接触面積が増大し、接触面１３ａの接触熱抵抗が減少する。結果、接触面１３ａの熱伝達量は増大し、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行う蓄冷器１０を提供できる。
【００６６】
軟質部材７０がインジウムの場合、内周面１２ｂおよび外周面１３ｂの少なくともいずれか一方の表面にコーティングすると好適である。
【００６７】
また、外部側熱交換器１７のテーパ雌ネジ１７ａと内部側熱交換器１８のテーパ雄ネジ１８ａの少なくともいずれか一方に銅粉混入真空グリスを塗布し螺合することにより、上記と同じ効果が生じる。
【００６８】
また、軟質部材７０は、外部側熱交換器１２の内周面１２ｂと内部側熱交換器１３の外周面１３ｂの少なくともいずれか一方、また、外部側熱交換器１７のテーパ雌ネジ１７ａと内部側熱交換器１８のテーパ雄ネジ１８ａの少なくともいずれか一方にメッキした軟質の銅、アルミニウム、金、銀等でも良い。
【００６９】
以上により、蓄冷器を流動する作動ガスと熱交換対象との熱交換を効率よく行うと共に、作動ガスの気密に対する信頼が性高く、又メンテナンス性も良好で、且つ内部側熱交換器が小型な蓄冷器を提供する。
【００７０】
尚、外部側熱交換器１７と、内部側熱交換器１８は、それぞれテーパ雌ネジ１７ａと、テーパ雄ネジ１８ａを設けたが、それぞれストレートの雌ネジと、ストレートの雄ネジでも良いが、接触面積の大きいテーパネジが好ましい。
【００７１】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係わる蓄冷器の説明図で、図１と同じ形状の部品及び同じ部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００７２】
図３に示すように第２冷凍機２Ａは、図１の第２冷凍機２の蓄冷器１０の第１熱交換器１１の構成が変わるだけで、他の構成は図１の第２冷凍機２と同じである。
【００７３】
第２冷凍機２Ａ（蓄冷型冷凍機）は、蓄冷器３０の第２熱交換器１６と、第２膨張部５のコールドヘッド６とに配管６１接続し、構成される。
【００７４】
蓄冷器３０の第１熱交換器３１（熱交換器）は、第１冷凍機１の第１膨張部３のコールドヘッド４に設けられ、コールドヘッド４で発生した冷凍で、蓄冷器３０の第１熱交換器３１を往復流動するヘリウムを冷却する。
【００７５】
蓄冷器３０は、蓄冷容器３０Ｃと、蓄冷容器３０Ｃに充填される第１蓄冷材２１、第２蓄冷材第２２と、第１熱交換器３１の内部側熱交換器３３と、第２熱交換器１６の内部側熱交換器１８と、キャップ２３とから構成される。第１蓄冷材２１側は１段目の第１蓄冷器３０Ａを、第２蓄冷材第２２側は２段目の第２蓄冷器１０Ｂを形成し、蓄冷器３０は２段型の蓄冷器である。
【００７６】
蓄冷容器３０Ｃは、順次、第１ケース１４と、第１熱交換器３１の外部側熱交換器３２と、第２ケース１５と、第２熱交換器１６の外部側熱交換器１７とを気密に固着し構成される。
【００７７】
また、内部側熱交換器３３は、ヘリウムが往復流動する多数本の貫通孔３３ｃが設けられる。
【００７８】
第１熱交換器３１は、外部側熱交換器３２と、内部側熱交換器３３とを備える。外部側熱交換器３２および内部側熱交換器３３は、熱伝導の良い銅などの材料が好ましい。
【００７９】
外部側熱交換器３２には、貫通するテーパ雌ネジ３２ａ（雌ネジ）が設けられ、テーパ雌ネジ３２ａの表面は内周面３２ｂ（内面）を形成する。同じように、内部側熱交換器３３には、テーパ雌ネジ３２ａと同じ傾斜角度のテーパ雄ネジ３３ａ（雄ネジ）が設けられ、テーパ雄ネジ３３ａはテーパ雌ネジ３２ａに螺合される。テーパ雄ネジ３３ａの表面は外周面３３ｂ（外面）を形成する。内部側熱交換器３３は、ねじ回転用の治具を取付ける二面幅部３３ｄが設けられ、これにより外部側熱交換器３２に着脱可能で、蓄冷容器３０Ｃから取出すことが出来る。
【００８０】
テーパ雄ネジ３３ａ、テーパ雌ネジ３２ａとが接触する接触面３２ｃは、熱が伝達される伝熱面を形成する。
【００８１】
第１冷凍機１のコールドヘッド４は、例えば略６０Ｋの冷凍を発生し、第２冷凍機２Ａのコールドヘッド６は、例えば略１５Ｋの冷凍を発生する。
【００８２】
図１の第１熱交換器１１と同じように、内部側熱交換器３３の貫通孔３３ｃを往復流動するヘリウムの温度はコールドヘッド４の温度より高く、コールドヘッド４で発生した略６０Ｋの冷凍により冷却される。即ち、貫通孔３３ｃを往復流動するヘリウムは、貫通孔３３ｃの表面から、順次、内部側熱交換器３３の内部、接触面３２ｃ、外部側熱交換器３２の内部の図に示す経路Ｒ１を通過し、コールドヘッド４で吸熱され、例えば略６５Ｋに冷却される。
【００８３】
第１熱交換器３１で冷却される冷却量は、内周面３２ｂと外周面３３ｂとの接触面３２ｃの接触熱抵抗によって大幅に変わる。そして接触面３２ｃに於ける熱伝達の作用は、図１の第２熱交換器１６のテーパ雌ネジ１７ａとテーパ雄ネジ１８ａの接触面１７ｃの作用と基本的に同じで、ただ熱の流れる方向が逆である。従って、接触面３２ｃの接触熱抵抗は、従来技術より減少し、内部側熱交換器３３の貫通孔３３ｃを往復流動するヘリウムを冷却する冷却量は増大する。結果、効率よく熱交換が行える蓄冷器３０を提供できる。また、熱交換を効率よく行うことにより、同じ交換熱量を確保する場合、熱交換器３１は従来技術より小型になり、引いては蓄冷器３０も小型になる。
【００８４】
尚、第１実施形態と同じように、第１熱交換器３１の熱交換対象はコールドヘッド４で発生した冷凍であり、、第２熱交換器１６の熱交換対象は被冷却体２７である。
【００８５】
また、図１の蓄冷器１０と同じ理由で、作動ガスの気密に対する信頼性が高くおよびメンテナンス性の良い蓄冷器３０を提供できる。
【００８６】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係わる蓄冷器の説明図で、図１と同じ形状の部品及び同じ部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００８７】
図４に示すように冷凍機１Ａ（蓄冷型冷凍機）は、第１膨張部７と、第２膨張部８を備える２段膨張の蓄冷型冷凍機である。図１の第１実施形態では、第１冷凍機１の作動ガス回路と、第２冷凍機２の作動ガス回路は、各々別の作動ガス回路の２台の冷凍機からなる。しかし、図４の第３実施形態は、冷凍機１Ａの第１膨張部７と、第２膨張部８とが同じ作動ガス回路で１台の冷凍機１Ａからなる。
【００８８】
また、図４の蓄冷器４０が図１の蓄冷器１０と異なる所は、蓄冷器４０の第１熱交換器４１の接触面４２ｃの押付け合う力の加える手段と、内部側熱交換器４３を流れるヘリウムが第１膨張部７のコールドヘッド７ａにも往復流動することである。他の構成は、図１の蓄冷器１０と同じである。
【００８９】
即ち、蓄冷器４０の蓄冷容器４０Ｃは、順次、第１ケース１４と、第１熱交換器４１と、第２ケース１５と、第２熱交換器１６とを気密に固着し構成される。第１蓄冷材２１側は１段目の第１蓄冷器４０Ａを、２段目の第２蓄冷材２２側は第２蓄冷器１０Ｂを形成し、蓄冷器４０は２段型の蓄冷器である。
【００９０】
第１熱交換器４１（熱交換器）は、外部側熱交換器４２と、内部側熱交換器４３とを備える。外部側熱交換器４２および内部側熱交換器４３は、熱伝導の良い銅などの材料が好ましい。外部側熱交換器４２には、内周面４２ｂ（内面）がテーパ状の貫通孔が設けられる。同じように、内部側熱交換器４３には、内周面４２ｂと同じ傾斜角のテーパ状の外周面４３ｂ（外面）が設けられ、外周面４３ｂが内周面４２ｂに当接する。内部側熱交換器４３は上端外周側に雄ネジ４３ａが設けられ、雄ネジ４３ａは外部側熱交換器４２の上端内周側に設けた雌ネジ４２ａに螺合され、外周面４３ｂが内周面４２ｂに当接して固定される。これにより、内部側熱交換器４３は、外部側熱交換器４２に着脱可能で、蓄冷容器４０Ｃから取出すことが出来る。孔４３ｄは、ねじ回転用の治具を取付けるため配備される。
【００９１】
内周面４２ｂと、外周面４３ｂとの接触面４２ｃは、熱が伝達される伝熱面を形成する。
【００９２】
また、内部側熱交換器４３は、ヘリウムが往復流動する多数本の貫通孔４３ｃが設けられる。内部側熱交換器４３の下端には、略凹形状の多数個の貫通孔４５ａを有するディストリビュータ４５が設けられ、空間４６は、外部側熱交換器４２に配備した流路４２ｄに連通する。流路４２ｄは配管６２を介在し第１膨張部７のコールドヘッド７ａに連通する。そして第１熱交換器４１の外周に被冷却体２６が配備され、第１膨張部７のコールドヘッド７ａで発生する例えば略６０Ｋの冷凍で冷却される。
【００９３】
また、第２熱交換器１６と、第２膨張部８のコールドヘッド８ａは配管６１を介し接続される。
【００９４】
次に、図１の本発明の第１実施形態の作用と効果について説明する。
【００９５】
第１膨張部７のコールドヘッド７ａで例えば略６０Ｋの冷凍を発生したヘリウムは空間４６で、
第２蓄冷器１０Ｂから流入するヘリウムと混合し、第１蓄冷器４０Ａの非効率熱損失を補償する。これによりコールドヘッド７ａで発生する冷凍量（例えば略１５Ｋの冷凍）が非効率損失分増大する。
【００９６】
また、内部側熱交換器４３の貫通孔４３ｃを往復流動するヘリウムは、コールドヘッド７ａで発生した冷凍で被冷却体２６を冷却する。この場合、熱の流れは図示の経路Ｓ１になり、図１に示される経路Ｒ１とは逆方向の流れとなる。この場合、第１熱交換器４１の熱交換対象は被冷却体２６である。
【００９７】
雌ネジ４２ａと雄ネジ４３ａとの締付け力により、接触面４２ｃに互に押し合う押付け力が発生し、接触面４２ｃに於ける熱伝達の作用は、図１の熱の流れが逆方向になるだけで、他の作用は同じある。即ち、接触面４２ｃの接触熱抵抗が従来技術より減少し、内部側熱交換器４３の貫通孔４３ｃを往復流動するヘリウムが、被冷却体２６を冷却する熱量は、従来技術より増大する。結果、第１熱交換器４１の交換熱量は増大し、従来技術より効率よく熱交換を行える蓄冷器４０を提供できる。また、熱交換を効率よく行うことにより、同じ交換熱量を確保する場合、熱交換器４１は従来技術より小型になる。
【００９８】
また、図１の蓄冷器１０と同じ理由で、作動ガスの気密に対する信頼性が高くおよびメンテナンス性の良い蓄冷器４０を提供できる。
【００９９】
また、蓄冷器４０は、２段で、各段に第１熱交換器４１、第２熱交換器１６を配備する。極低温の冷凍を効率よく得るには、多段膨張部と、これに伴い蓄冷器は多段型の蓄冷器が必要となる。コールドヘッドは極低温、真空環境下にあるため、例えば第２熱交換器４１を蓄冷容器４０から取り外し可能な構造にすると、作動ガスの気密確保の信頼性が低下する。
【０１００】
しかし、２段目の第２蓄冷容器１０Ｂの段に本発明の第２熱交換器１６を配設することにより、第２熱交換器１６の内部側熱交換器１８を蓄冷容器４０Ｃから着脱できる。従って、従来技術のように組付時の作動ガスの漏れに対する信頼性の低い金属リングを使用し、第２熱交換器１６を取り外す構造にする必要はない。また、これによりメンテナンス時、蓄冷器４０を真空容器２５から取り外し不要で、真空がそのまま維持できる。
【０１０１】
以上に、作動ガスの気密に対する信頼性が高く、メンテナンス性の良い蓄冷器４０を提供できる。
【０１０２】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係わる蓄冷器の説明図で、図４の蓄冷器４０の変形実施形態である。図１および図４と同じ形状の部品及び同じ部位の符号は、図１および図４と同じ符号を付す。
【０１０３】
図５に示すように、蓄冷器５０は、第１熱交換器５１（熱交換器）の外部側熱交換器５２と、内部側熱交換器５３との接触面５２ｃに発生する互いに押付け合う力を加える手段が、図４の第１熱交換器４０と異なるが、他の構成は図４の第１熱交換器４０と同じである。即ち、外部側熱交換器５２と、内部側熱交換器５３は、図４の外部側熱交換器４２の雌ネジ４２ａと、内部側熱交換器４３の雄ネジ４３ａが取除かれる。そしてキャップ２３に取付けたボルト７２を蓄冷容器５０Ｃに配設したネジに螺合し、蓄冷材２１を介在し、キャップ２３で内部側熱交換器５３の上面を押さえる。ボルト７２の締め付け力により、内部側熱交換器５３の外周面５３ｂ（外面）と外部側熱交換器５２の内周面５２ｂ（外面）の接触面５２ｃに互いに押し圧力が発生し、図４の蓄冷器４０と同じ作用により、同じ効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる蓄冷器の説明図である。
【図２】図１の接触面における熱伝達の説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係わる蓄冷器の説明図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係わる蓄冷器の説明図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係わる蓄冷器の説明図である。
【図６】本発明の従来技術に係わる蓄冷器の説明図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１Ａ、２、２Ａ  冷凍機（蓄冷型冷凍機）
１０、３０、４０、５０  蓄冷器
１０ｄ  挿入口
１０Ｃ、３０Ｃ、４０Ｃ、５０Ｃ  蓄冷容器
１１、１６、３１、４１、５１  第１熱交換器（熱交換器）
１２、１７、３２、４２、５２  外部側熱交換器
１２ｂ、１７ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ  内周面（内面）
１３、１８、３３、４３、５３  内部側熱交換器
１３ａ、１７ｃ、３２ｃ、４２ｃ、５２ｃ  接触面
１３ｂ、１８ｂ、３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ  外周面（外面）
１４  第１ケース（ケース）
１５  第２ケース（ケース）
１６  第２熱交換器（熱交換器）
１７ａ、３２ａ  テーパ雌ネジ（雌ネジ）
１８ａ、３３ａ  テーパ雄ネジ（雄ネジ）
２１  第１蓄冷材（蓄冷材）
２２  第２蓄冷材（蓄冷材）
２３  キャップ
７０  軟質部材
【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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【図６】
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