CN110017627A - 脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有能够以低成本来实现与工作气体的热交换面积的增加的冷却台结构的脉冲管制冷机。本发明的脉冲管制冷机(10)具备第2级冷却台(30)与插入部件(32)。第2级冷却台具有：侧面开口部(30a)；及第1热交换表面(30b)，从侧面开口部沿横向(B)朝向第2级冷却台内延伸。插入部件具备：基端部(32a)，以堵住侧面开口部的方式固定于第2级冷却台；及第2热交换表面(32b)，其在第2级冷却台内配置成，从基端部沿横向延伸并且与第1热交换表面对置。在第1热交换表面与第2热交换表面之间形成有用于使工作气体流动的间隙(31)，以使第1热交换表面及第2热交换表面这两者均与工作气体接触。

Description

脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法

本申请主张基于2017年12月26日申请的日本专利申请第2017-248798号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法。

背景技术

以往，已知由冷却台主体与盖体构成脉冲管制冷机的冷却台的技术。盖体以覆盖冷却台主体的方式安装。盖体具有两个连接孔，这些连接孔分别连接于脉冲管与蓄冷器。因此，冷却台主体经由盖体与脉冲管及蓄冷器连接。在冷却台主体的顶面形成有从盖体的一个连接孔的正下方朝向另一个连接孔的正下方直线状延伸的多个狭缝。这些狭缝成为从蓄冷器流向脉冲管的氦气流通路，冷却台主体作为热交换器而发挥作用。

专利文献1：日本特开2006-284061号公报

通过在脉冲管制冷机的冷却台设置上述狭缝式的气体流通路，气体与冷却台之间的接触面积变宽。因此，热交换效率得到提高，脉冲管制冷机的制冷性能也得到提高。但是，狭缝结构导致制造变得复杂，从而会导致制造成本的上升。

发明内容

本发明的一种实施方式的例示性的目的之一在于，提供一种具有能够以低成本来实现与工作气体的热交换面积的增加的冷却台结构的脉冲管制冷机。

根据本发明的一种实施方式，脉冲管制冷机具备：脉冲管，其沿纵向延伸；蓄冷器，其沿所述纵向延伸并且在横向上与所述脉冲管并排配置；冷却台，其以使工作气体能够在所述脉冲管的纵向上的一端部与所述蓄冷器的纵向上的一端部之间流动的方式连结所述脉冲管与所述蓄冷器，所述冷却台具有：侧面开口部及第1热交换表面，所述第1热交换表面从所述侧面开口部沿所述横向朝向冷却台内延伸；及插入部件，其具备：基端部，以堵住所述侧面开口部的方式固定于所述冷却台；及第2热交换表面，其在所述冷却台内配置成，从所述基端部沿所述横向延伸并且与所述第1热交换表面对置，所述插入部件在所述第1热交换表面与所述第2热交换表面之间形成有用于使所述工作气体流动的间隙，以使所述第1热交换表面及所述第2热交换表面这两者均与所述工作气体接触。

根据本发明的一种实施方式，提供一种脉冲管制冷机的制造方法。所述脉冲管制冷具备：脉冲管，其沿纵向延伸；蓄冷器，其沿所述脉冲管的纵向延伸并且在横向上与所述脉冲管并排配置。所述方法具备如下步骤：在冷却台形成侧面开口部及从所述侧面开口部沿所述横向朝向冷却台内延伸的第1热交换表面；从所述侧面开口部插入具备基端部及第2热交换表面的插入部件，以使所述第2热交换表面在所述冷却台内配置成，从所述基端部沿所述横向延伸并且与所述第1热交换表面对置；以使所述基端部堵住所述侧面开口部的方式将所述插入部件固定在所述冷却台；及以使工作气体能够在所述脉冲管的纵向上的一端部与所述蓄冷器的纵向上的一端部之间流动的方式将所述脉冲管和所述蓄冷器连结在所述冷却台。在所述第1热交换表面与所述第2热交换表面之间形成有用于使所述工作气体流动的间隙，以便所述第1热交换表面及所述第2热交换表面这两者均与所述工作气体接触。

另外，在方法、装置、系统等之间相互替换以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件和表述，也作为本发明的方式而有效。

根据本发明，提供一种具有能够以低成本来实现与工作气体的热交换面积的增加的冷却台结构的脉冲管制冷机。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的示意图。

图2是表示图1所示的脉冲管制冷机的冷却台结构的一例的概略立体图。

图3是表示实施方式所涉及的插入部件的概略立体图。

图4是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的冷却台结构中的工作气体的流向的示意图。

图5是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的制造方法的示意图。

图6是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的冷却台结构的另一例的示意图。

图7是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的冷却台结构的另一例的示意图。

图8是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的冷却台结构的另一例的示意图。

图9是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的冷却台结构的另一例的示意图。

图10是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的冷却台结构的另一例的示意图。

图11是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的冷却台结构的另一例的示意图。

图中：10-脉冲管制冷机，30a-侧面开口部，30b-第1热交换表面，30g-蓄冷器连通路，30i-脉冲管连通路，31-间隙，32-插入部件，32a-基端部，32b-第2热交换表面，32c-实心棒状部，32d-前端部，46-槽，48-脉冲管对置区域，50-蓄冷器对置区域，52-空心棒状部，54-第3热交换表面。

具体实施方式

以下，参考附图，对本发明的实施方式进行详细说明。在以下说明中，对相同的要件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构为示例，其对本发明的范围并不作任何限定。并且，在以下说明中参考的附图中，各构成部件的大小和厚度只是为了便于说明而设定的，其并不一定表示实际的尺寸和比率。

图1是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的示意图。脉冲管制冷机10具备冷头11及压缩机12。冷头11具备第1级冷却台28及第2级冷却台30。详细内容将后述，冷头11还具备为了在第2级冷却台30中形成流路以及增加热交换面而插入于第2级冷却台30内的插入部件32。

作为一例，脉冲管制冷机10是GM(吉福德-麦克马洪：Gifford-McMahon)式的四阀型的脉冲管制冷机。因此，脉冲管制冷机10具备主压力切换阀14、第1级蓄冷器16、第1级脉冲管18、具备第1级副压力切换阀20及任意的第1级流量调整要件21的第1级相位控制机构。由压缩机12与主压力切换阀14构成脉冲管制冷机10的振动流发生源。振动流发生源与第1级相位控制机构共用压缩机12。

并且，脉冲管制冷机10是二级式制冷机，其还具备第2级蓄冷器22、第2级脉冲管24、具备第2级副压力切换阀26及任意的第2级流量调整要件27的第2级相位控制机构。第2级相位控制机构也共用压缩机12。

在本说明书中，为了说明脉冲管制冷机10的构成要件之间的位置关系，使用纵向A及横向B这一术语。通常，纵向A及横向B分别相当于脉冲管18、24及蓄冷器16、22的轴向及径向。但是，纵向A及横向B只要是彼此大致正交的方向即可，并不要求严格的正交。并且，纵向A及横向B的标记并不限定设置于其使用场所的脉冲管制冷机10的姿势。可以将脉冲管制冷机10设置成希望的姿势，例如，可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向铅垂方向及水平方向，相反地，也可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向水平方向及铅垂方向。或者，也可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向彼此不同的倾斜方向。

蓄冷器16及蓄冷器22串联连接并且沿纵向A延伸。脉冲管18及脉冲管24分别沿纵向A延伸。第1级蓄冷器16在横向B上与第1级脉冲管18并排配置，第2级蓄冷器22在横向B上与第2级脉冲管24并排配置。第1级脉冲管18在纵向A上具有与第1级蓄冷器16大致相同的长度，第2级脉冲管24在纵向A上具有与第1级蓄冷器16和第2级蓄冷器22的合计长度大致相同的长度。蓄冷器16、22与脉冲管18、24彼此大致平行配置。

压缩机12构成为，具有压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b，并且对回收过来的低压PL的工作气体进行压缩而产成高压PH的工作气体。工作气体从压缩机吐出口12a经过第1级蓄冷器16供给到第1级脉冲管18，并且，工作气体从第1级脉冲管18经过第1级蓄冷器16回收到压缩机吸入口12b。并且，工作气体从压缩机吐出口12a经过第1级蓄冷器16、第2级蓄冷器22供给到第2级脉冲管24，并且，工作气体从第2级脉冲管24经过第2级蓄冷器22、第1级蓄冷器16回收到压缩机吸入口12b。压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b分别作为脉冲管制冷机10的高压源及低压源而发挥作用。工作气体还被称作制冷剂气体，例如为氦气。

主压力切换阀14具有主进气开闭阀V1及主排气开闭阀V2。第1级副压力切换阀20具有第1级副进气开闭阀V3及第1级副排气开闭阀V4。第2级副压力切换阀26具有第2级副进气开闭阀V5及第2级副排气开闭阀V6。

脉冲管制冷机10设置有高压管路13a及低压管路13b。高压PH的工作气体从压缩机12经过高压管路13a流向冷头11。低压PL的工作气体从冷头11经过低压管路13b流向压缩机12。高压管路13a将压缩机吐出口12a连接于进气开闭阀V1、V3、V5。低压管路13b将压缩机吸入口12b连接于排气开闭阀V2、V4、V6。

第1级蓄冷器16具有第1级蓄冷器高温端16a及第1级蓄冷器低温端16b，第1级蓄冷器16从第1级蓄冷器高温端16a沿纵向A朝向第1级蓄冷器低温端16b延伸。第1级蓄冷器高温端16a及第1级蓄冷器低温端16b也可以分别被称作第1级蓄冷器16的第1端及第2端。同样地，第2级蓄冷器22具有第2级蓄冷器高温端22a及第2级蓄冷器低温端22b，第2级蓄冷器22从第2级蓄冷器高温端22a沿纵向A朝向第2级蓄冷器低温端22b延伸。第2级蓄冷器高温端22a及第2级蓄冷器低温端22b也可以分别被称作第2级蓄冷器22的第1端及第2端。第1级蓄冷器低温端16b与第2级蓄冷器高温端22a连通。

第1级脉冲管18具有第1级脉冲管高温端18a及第1级脉冲管低温端18b，第1级脉冲管18从第1级脉冲管高温端18a沿纵向A朝向第1级脉冲管低温端18b延伸。第1级脉冲管高温端18a及第1级脉冲管低温端18b也可以分别被称作第1级脉冲管18的第1端及第2端。

同样地，第2级脉冲管24具有第2级脉冲管高温端24a及第2级脉冲管低温端24b，第2级脉冲管24从第2级脉冲管高温端24a沿纵向A朝向第2级脉冲管低温端24b延伸。第2级脉冲管高温端24a及第2级脉冲管低温端24b也可以分别被称作第2级脉冲管24的第1端及第2端。

在例示的结构中，蓄冷器16、22是在其内部填充了蓄冷材料的圆筒状的管，脉冲管18、24是内部设为空腔的圆筒状的管。

在脉冲管18、24的两端可以分别设置有整流器，该整流器用于使与脉冲管的轴向垂直的面内的工作气体流速分布均匀化或者将其调整为所希望的分布。该整流器还作为热交换器而发挥作用。

第1级蓄冷器16及第1级脉冲管18从第1级冷却台28朝向相同方向延伸，第1级蓄冷器高温端16a及第1级脉冲管高温端18a相对于第1级冷却台28配置于相同的一侧。由此，第1级蓄冷器16、第1级脉冲管18及第1级冷却台28配置成U字状。同样地，第2级蓄冷器22及第2级脉冲管24从第2级冷却台30朝向相同方向延伸，第2级蓄冷器高温端22a及第2级脉冲管高温端24a相对于第2级冷却台30配置于相同的一侧。由此，第2级蓄冷器22、第2级脉冲管24及第2级冷却台30配置成U字状。

第1级脉冲管低温端18b与第1级蓄冷器低温端16b通过第1级冷却台28结构性地连接从而被热连接。在第1级冷却台28形成有第1级连通路29。通过第1级连通路29，第1级脉冲管低温端18b与第1级蓄冷器低温端16b流体连通。因此，从压缩机12供给过来的工作气体能够从第1级蓄冷器低温端16b经过第1级连通路29流向第1级脉冲管低温端18b。从第1级脉冲管18返回的气体能够从第1级脉冲管低温端18b经过第1级连通路29流向第1级蓄冷器低温端16b。

同样地，第2级脉冲管低温端24b与第2级蓄冷器低温端22b通过第2级冷却台30结构性地连接从而被热连接。在第2级冷却台30的内部形成有间隙31作为第2级连通路。间隙31是形成在第2级冷却台30与插入部件32之间的缝隙。通过间隙31，第2级脉冲管低温端24b与第2级蓄冷器低温端22b流体连通。因此，从压缩机12供给过来的工作气体能够从第2级蓄冷器低温端22b经过间隙31流向第2级脉冲管低温端24b。从第2级脉冲管24返回的气体能够从第2级脉冲管低温端24b经过间隙31流向第2级蓄冷器低温端22b。

由此，冷却台28、30以使工作气体能够在脉冲管18、24的纵向上的一端部18b、24b与蓄冷器16、22的纵向上的一端部16b、22b之间流动的方式连结两者。

冷却台28、30及插入部件32例如由铜等导热系数较高的金属材料制成。但是，冷却台28、30与插入部件32并非必须由相同的材料制成，也可以由不同的材料制成。

在第2级冷却台30热连接有被冷却物34。被冷却物34可以直接设置于第2级冷却台30上或者经由刚性或挠性的传热部件热连接于第2级冷却台30。脉冲管制冷机10能够通过第2级冷却台30的传导冷却来冷却被冷却物34。另外，被脉冲管制冷机10冷却的被冷却物34并不限于超导磁铁或其它超导装置，或者红外线摄像元件或其它传感器等固态物。脉冲管制冷机10也能够冷却与第2级冷却台30接触的气体或液体。

并且，理所当然，第1级冷却台28也可以冷却与被冷却物34不同的被冷却物。例如，在第1级冷却台28可以热连接有用于减少或者防止朝向被冷却物34的热侵入的放射屏蔽件。

另一方面，第1级蓄冷器高温端16a、第1级脉冲管高温端18a及第2级脉冲管高温端24a通过凸缘部36彼此连接。凸缘部36安装于供脉冲管制冷机10设置的支承台或支承壁等支承部38。支承部38可以是容纳冷却台28、30及被冷却物34的隔热容器或真空容器的壁材料或其它部位。

脉冲管18、24及蓄冷器16、22从凸缘部36的一个主表面朝向冷却台28、30延伸，在凸缘部36的另一个主表面上则设置有阀部40。在阀部40容纳有主压力切换阀14、第1级副压力切换阀20及第2级副压力切换阀26。因此，在支承部38构成隔热容器或真空容器的一部分的情况下，若凸缘部36安装于支承部38，则脉冲管18、24、蓄冷器16、22及冷却台28、30容纳于该容器内，阀部4则0配置于容器外。

另外，阀部40无需直接安装于凸缘部36。阀部40可以与脉冲管制冷机10的冷头11分开配置并通过刚性或挠性配管而连接于冷头11。如此，可以将脉冲管制冷机10的相位控制机构与冷头11分开配置。

主压力切换阀14构成为，使第1级蓄冷器高温端16a与压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接以便在脉冲管18、24内产成压力振动。主压力切换阀14构成为，在主进气开闭阀V1与主排气开闭阀V2中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。主进气开闭阀V1使压缩机吐出口12a与第1级蓄冷器高温端16a连接，主排气开闭阀V2使压缩机吸入口12b与第1级蓄冷器高温端16a连接。

在主进气开闭阀V1被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经过高压管路13a及主进气开闭阀V1供给到蓄冷器16、22。工作气体还从第1级蓄冷器16经过过第1级连通路29供给到第1级脉冲管18，并且从第2级蓄冷器22经过间隙31供给到第2级脉冲管24。另一方面，在主排气开闭阀V2被打开的期间，工作气体从脉冲管18、24经过蓄冷器16、22、主排气开闭阀V2及低压管路13b而回收到压缩机吸入口12b。

第1级副压力切换阀20构成为，使第1级脉冲管高温端18a与压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接。第1级副压力切换阀20构成为，在第1级副进气开闭阀V3与第1级副排气开闭阀V4中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。第1级副进气开闭阀V3使压缩机吐出口12a与第1级脉冲管高温端18a连接，第1级副排气开闭阀V4使压缩机吸入口12b与第1级脉冲管高温端18a连接。

在第1级副进气开闭阀V3被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经过高压管路13a、第1级副进气开闭阀V3及第1级脉冲管高温端18a供给到第1级脉冲管18。另一方面，在第1级副排气开闭阀V4被打开的期间，工作气体从第1级脉冲管18经过第1级脉冲管高温端18a、第1级副排气开闭阀V4及低压管路13b而回收到压缩机吸入口12b。

第2级副压力切换阀26构成为，使第2级脉冲管高温端24a与压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接。第2级副压力切换阀26构成为，在第2级副进气开闭阀V5与第2级副排气开闭阀V6中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。第2级副进气开闭阀V5使压缩机吐出口12a与第2级脉冲管高温端24a连接，第2级副排气开闭阀V6使压缩机吸入口12b与第2级脉冲管高温端24a连接。

在第2级副进气开闭阀V5被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经过高压管路13a、第2级副进气开闭阀V5及第2级脉冲管高温端24a供给到第2级脉冲管24。另一方面，在第2级副排气开闭阀V6被打开的期间，工作气体从第2级脉冲管24经过第2级脉冲管高温端24a、第2级副排气开闭阀V6及低压管路13b而回收到压缩机吸入口12b。

作为这些阀V1～V6的阀定时，可以使用能够适用于已有的四阀型脉冲管制冷机中的各种阀定时。

阀V1～V6可以具有各种具体结构。例如，一组阀V1～V6可以采用例如电磁开闭阀等能够独立控制的多个阀的形式。阀V1～V6也可以采用回转阀。

根据上述结构，脉冲管制冷机10在脉冲管18、24内产成高压PH与低压PL的工作气体压力振动。与压力振动同步且延迟适当的相位在脉冲管18、24内产生工作气体的位移振动(即，气体活塞的往复移动)。在保持着一定压力的同时在脉冲管18、24内周期性地上下往复的工作气体的动作通常被称作“气体活塞”，其经常用于脉冲管制冷机10的动作的说明。在气体活塞位于脉冲管高温端18a、24a或其附近时，工作气体在脉冲管低温端18b、24b膨胀从而产生寒冷。通过重复这种制冷循环，脉冲管制冷机10能够冷却冷却台28、30。因此，脉冲管制冷机10能够冷却被冷却物34。

接着，参考图1、图2至图4对第2级冷却台30的结构进行更加详细说明。图2是表示图1所示的脉冲管制冷机10的第2级冷却台30及其周围的概略立体图。图3是表示实施方式所涉及的插入部件32的概略立体图。图4是表示在图1所示的脉冲管制冷机10的第2级冷却台30与插入部件32之间流动的工作气体的流向的示意图。

第2级冷却台30具有侧面开口部30a及第1热交换表面30b。并且，第2级冷却台30具有上表面30c、侧面30d及下表面30e。

作为一例，第2级冷却台30具有短圆柱状或圆板状的形状。第2级冷却台30的纵向A上的的高度(即，从上表面30c至下表面30e为止的距离)小于第2级冷却台30的直径，例如小于第2级冷却台30的直径的一半。在上表面30c接合有第2级蓄冷器低温端22b及第2级脉冲管低温端24b。在上表面30c，第2级蓄冷器低温端22b与第2级脉冲管低温端24b沿横向B彼此分开。在侧面30d形成有侧面开口部30a。在下表面30e设置有被冷却物34。

作为一例，侧面开口部30a是形成于第2级冷却台30的侧面30d上的大致圆形开口，其直径小于第2级冷却台30的纵向A上的高度。侧面开口部30a的直径可以小于第2级冷却台30的纵向A上的高度的一半。

第1热交换表面30b从侧面开口部30a沿横向B朝向第2级冷却台30内延伸。第1热交换表面30b划定用于接收插入部件32的第2级冷却台30内的空腔部。该空腔部是从侧面开口部30a沿横向B朝向第2级冷却台30内形成的所谓的横穴。该空腔部的沿横向B远离侧面开口部30a的最深部并未贯穿第2级冷却台30而成为死路。因此，侧面开口部30a是使该空腔部与第2级冷却台30的外部相连的唯一的出口。在侧面开口部30a被堵住时，空腔部从外部隔离，工作气体不会从空腔部泄漏。

并且，第2级冷却台30具有第1上表面开口部30f、蓄冷器连通路30g、第2上表面开口部30h及脉冲管连通路30i。

第1上表面开口部30f形成于第2级冷却台30的上表面30c并且用于将第2级蓄冷器22安装在第2级冷却台30。第1上表面开口部30f在第2级冷却台30的上表面30c上为大致圆形开口，其直径与第2级蓄冷器22的直径相等。通过钎焊等适当的接合方法，第2级蓄冷器低温端22b固定于第1上表面开口部30f。

蓄冷器连通路30g开口于第1热交换表面30b，其使间隙31与第2级蓄冷器低温端22b连通。蓄冷器连通路30g是从第1上表面开口部30f沿纵向A朝向第2级冷却台30内的空腔部形成的竖穴。蓄冷器连通路30g的直径小于第1上表面开口部30f的直径。工作气体能够从第2级蓄冷器低温端22b经过蓄冷器连通路30g流向间隙31。

第2上表面开口部30h形成于第2级冷却台30的上表面30c并且用于将第2级脉冲管24安装在第2级冷却台。第2上表面开口部30h在第2级冷却台30的上表面30c上为大致圆形开口，其直径与第2级脉冲管24的直径相等。通过钎焊等适当的接合方法，第2级脉冲管24固定于第2上表面开口部30h。

脉冲管连通路30i开口于第1热交换表面30b，其使间隙31与第2级脉冲管低温端24b连通。脉冲管连通路30i是从第2上表面开口部30h沿纵向A朝向第2级冷却台30内的空腔部形成的另一个竖穴。脉冲管连通路30i的直径小于第2上表面开口部30h的直径。工作气体能够从第2级脉冲管低温端24b经过脉冲管连通路30i流向间隙31。

插入部件32具备基端部32a及第2热交换表面32b。并且，插入部件32具备从基端部32a沿横向B突出且将外表面作为第2热交换表面32b的实心棒状部32c。

作为一例，插入部件32具有圆棒状形状。实心棒状部32c从基端部32a以同轴方式延伸。实心棒状部32c的横向B上的长度大于基端部32a的横向B上的长度。例如，实心棒状部32c比基端部32a沿横向B长两倍、五倍或十倍。并且，实心棒状部32c的直径小于基端部32a的直径。基端部32a的直径与极端部32a的横向B上的长度可以是相同程度，但是直径也可以比横向B上的长度长。实心棒状部32c的横向B上的长度大于实心棒状部32c的直径，例如大两倍、五倍或十倍。由此，插入部件32具有沿横向B细长延伸的形状。因此，也可以说横向B是插入部件32的轴向。还可以说纵向A是插入部件32的径向。

基端部32a以堵住侧面开口部30a的方式固定于第2级冷却台30。基端部32a的直径与侧面开口部30a的直径相等。通过钎焊等适当的接合方法，基端部32a固定于侧面开口部30a。在基端部32a与侧面开口部30a的边界形成有接合界面42。在使用钎焊接合的情况下，接合界面42含有钎料、第2级冷却台30的母材及插入部件32的母材。由此，插入部件32与第2级冷却台30一体化并且与第2级冷却台30热连接。

第2热交换表面32b在第2级冷却台30内配置成，从基端部32a沿横向B延伸并且与第1热交换表面30b对置。因此，插入部件32在第2热交换表面32b与第1热交换表面30b之间形成用于使工作气体流动的间隙31，从而使工作气体与第1热交换表面30b和第2热交换表面32b这两者均接触。

作为一例，第2热交换表面32b是沿横向B延伸的圆筒状的表面，第1热交换表面30b是以包围第2热交换表面32b的方式沿横向B延伸的圆筒状的表面，两者同轴配置。第1热交换表面30b与第2热交换表面32b并未接触。在第1热交换表面30b与第2热交换表面32b之间形成有用于使工作气体沿横向B流动的横向气体流路31a。横向气体流路31a成为间隙31的一部分。

在插入部件32的前端部32d(即，实心棒状部32c的在横向B上与基端部32a相反的一侧的末端)与第2级冷却台30内的空腔部的最深部之间隔开少许缝隙31b。插入部件32的前端部32d未与第1热交换表面30b接触。该缝隙31b也成为间隙31的一部分。作为一例，缝隙31b位于蓄冷器连通路30g的正下方，从蓄冷器连通路30g流出的气体流入缝隙31b。

蓄冷器连通路30g与脉冲管连通路30i在横向B上并排配置。蓄冷器连通路30g与脉冲管连通路30i相对于第2级冷却台30的上表面30c的中心位于彼此相反的一侧。侧面开口部30a位于脉冲管连通路30i的附近。插入部件32的延伸方向与蓄冷器连通路30g和脉冲管连通路30i的排列方向一致(均为横向B)。

另外，第2级蓄冷器22与第2级脉冲管24之间的位置关系也可以是相反的关系。即，侧面开口部30a也可以位于第2级蓄冷器22的附近，而非位于第2级脉冲管24的附近。此时，插入部件32从基端部32a在蓄冷器连通路30g的正下方延伸，插入部件32的前端部32d到达脉冲管连通路30i的正下方或附近。

在图4中概略地例示了工作气体从第2级蓄冷器22流向第2级脉冲管24时的间隙31中的工作气体的流动。由于在第2级冷却台30内配置有插入部件32，因此从第2级蓄冷器22流入第2级冷却台30的工作气体被插入部件32分支为多个方向。

工作气体从第2级蓄冷器低温端22b经过蓄冷器连通路30g流入间隙31。工作气体的一部分从蓄冷器连通路30g直接流入横向气体流路31a(箭头C1)。工作气体的另一部分从蓄冷器连通路30g经过缝隙31b后流入横向气体流路31a(箭头C2)。如此，在插入部件32的前端部32d被分支为多个方向的工作气体以包围实心棒状部32c的方式流过间隙31。工作气体在脉冲管连通路30i合流，并且进一步流向第2级脉冲管低温端24b(箭头C3)。

同样地，在工作气体从第2级脉冲管24流向第2级蓄冷器22时，工作气体也可以被插入部件32分支为多个方向，从而流过间隙31。

根据实施方式所涉及的脉冲管制冷机10，在第2级冷却台30中插入插入部件32，从而在第2级冷却台30内的插入部件32的周围形成用于使工作气体流过的间隙31。间隙31形成于第2级冷却台30的第1热交换表面30b与插入部件32的第2热交换表面32b之间。因此，流过间隙31的工作气体能够与第1热交换表面30b及第2热交换表面32b这两者接触从而进行热交换。

假设未设置有插入部件32，则第2热交换表面32b也不会存在。因此，工作气体会仅与第1热交换表面30b进行热交换。但是，根据实施方式所涉及的脉冲管制冷机10，在第2级冷却台30中插入有插入部件32，其表面用作第2热交换表面32b。因此，能够增加热交换面积。使得第2级冷却台30中的热交换效率得到提高，进而也能够期待脉冲管制冷机10的制冷性能的提高。

并且，实施方式所涉及的插入部件32具有比较简单的形状，例如圆棒状形状。相应地，接收插入部件32的第2级冷却台30的空腔部也只需具有比较简单的形状即可。因此，与以往的狭缝式的热交换器那样的复杂的形状相比，实施方式所涉及的冷却台结构变得容易制造，还能够将其制造成本抑制得较低。尤其，在插入部件32具有实心棒状部32c的情况下，其形状简单，在制造上存在较大优点。

下面，参考图5对实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的制造方法的一例进行说明。以下，对脉冲管制冷机10的制造方法中的与第2级冷却台30的制造有关的主要工序进行说明。

首先，在第2级冷却台30形成侧面开口部30a及第1热交换表面30b(S10)。由此，在第2级冷却台30内形成有空腔部44。空腔部44通过对铜等高导热材料的块体的侧面(相当于第2级冷却台30的侧面30d)实施适当的机械加工而形成。如上所述，第1热交换表面30b从侧面开口部30a沿横向B朝向第2级冷却台30内延伸。同时，对块体的上表面(相当于第2级冷却台30的上表面30c)实施适当的机械加工，从而形成第1上表面开口部30f、蓄冷器连通路30g、第2上表面开口部30h及脉冲管连通路30i。这些竖穴30f～30i从上表面30c沿纵向A朝向第2级冷却台30内延伸。

该开口形成工序也可以包括铜等高导热材料的铸造。也可以通过铸造而形成具有侧面开口部30a、第1热交换表面30b、空腔部44和/或其它的开口30f～30i(根据需要)的块体。

接着，从侧面开口部30a向第2级冷却台30的空腔部44插入插入部件32(S11)。为此，准备具备基端部32a及第2热交换表面32b的插入部件32。如上所述，插入部件32包括从基端部32a延伸并且具有第2热交换表面32b的实心棒状部32c。插入部件32以从实心棒状部32c的前端部32d进入侧面开口部30a的方式插入于空腔部44。由此，第2热交换表面32b在第2级冷却台30内配置成，从基端部32a沿横向B延伸并且与第1热交换表面30b对置。由于基端部32a的形状与侧面开口部30a的形状一致，因而基端部32a嵌入于侧面开口部30a。由此，实心棒状部32c以其第2热交换表面32b不与第1热交换表面30b接触的方式支承于空腔部44内。插入部件32的插入例如可以通过人工操作来进行。

插入部件32以其基端部32a堵住侧面开口部30a的方式固定于第2级冷却台30(S12)。通过钎焊等适当的接合方法，基端部32a接合于侧面开口部30a。如上所述，在基端部32a与侧面开口部30a之间的边界形成有接合界面42。由此，插入部件32与第2级冷却台30一体化，两者变得无法分离。

而且，将第2级脉冲管低温端24b及第2级蓄冷器低温端22b以工作气体能够经过第2级冷却台30而在两者之间相互流动的方式连结于第2级冷却台30(S13)。第2级蓄冷器低温端22b插入于第1上表面开口部30f，第2级脉冲管低温端24b插入于第2上表面开口部30h。该连结能够使用钎焊等适当的接合方法来进行。在通过钎焊进行接合的情况下，该连结工序(S13)可以与插入部件32的固定工序(S12)一起进行。

由此，在第1热交换表面30b与第2热交换表面32b之间形成用于使工作气体流动的间隙31，以使第1热交换表面30b及第2热交换表面32b这两者均与工作气体接触。通过将插入部件32插入于第2级冷却台30而形成间隙31，工作气体不仅能够与第1热交换表面30b进行热交换，还能够与第2热交换表面32b进行热交换。由此，热交换面积得到增加，第2级冷却台30的热交换效率得到提高，从而期待脉冲管制冷机10的制冷性能的提高。

根据实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的制造方法，通过将插入部件32插入并固定于第2级冷却台30的比较简单方法即可增加与工作气体进行热交换的热交换面积。因此，可以提供一种具有能够以低成本来实现与工作气体的热交换面积的增加的冷却台结构的脉冲管制冷机10。

实施方式所涉及的冷却台结构可以有各种具体结构。以下，参考图6至图11对几个例子进行叙述。

如图6所示，在第2热交换表面32b形成有槽46。槽46例如可以是形成于插入部件32的棒状部的螺旋状的槽，也可以是其它的任意的凹凸。如此，通过形成槽46或凹凸，能够增加第2热交换表面32b的面积。另外，这种槽46或凹凸等面积增加机构也可以适用于第1热交换表面30b或者也可以适用于与流过间隙31的工作气体接触的其他任意的热交换表面(例如，后述的第3热交换表面54)。

如图7所示，插入部件32也可以具备支承于冷却台(例如，第2级冷却台30)的前端部32d。插入部件32的前端部32d被第2级冷却台30的插入部件支承孔30j支承。插入部件支承孔30j形成于第2级冷却台30的空腔部的最深部，并且在插入部件32插入于第2级冷却台30的空腔部的状态下，插入部件32的前端部32d插入于插入部件支承孔30j。前端部32d也可以具有前端变细的形状。如此，插入部件32被两端32a、32d支承，由此，与插入部件32仅被基端部32a支承的情况相比，容易抑制插入部件32的偏心及挠曲。并且，容易将间隙31形成为设计上的尺寸。

如图8所示，插入部件32可以具备从基端部32a沿横向B突出并且将外表面作为第2热交换表面32b的空心棒状部52。空心棒状部52形成为，沿横向B延伸并将内表面作为与工作气体接触的第3热交换表面54的空心状。空心棒状部52在前端部32d开有开口，并且在基端部32a侧也具有多个气体流通孔56。气体流通孔56与基端部32a在横向B上相邻配置。气体流通孔56相对于第2级冷却台30的中心部位于比脉冲管连通路30i更靠外侧。

在图8中，利用箭头例示了从第2级蓄冷器22经过第2级冷却台30而流向第2级脉冲管24的工作气体流向。如图8所示，工作气体从第2级蓄冷器低温端22b经过蓄冷器连通路30g而流入第2级冷却台30内，并且分支为若干个工作气体流。一部分工作气体经过间隙31而流向脉冲管连通路30i。另一部分工作气体能够从前端部32d流入插入部件32的空心部并且与第3热交换表面54进行热交换的同时流向气体流通孔56。流出气体流通孔56的工作气体与来自间隙31的工作气体合流，并经过脉冲管连通路30i流向第2级脉冲管低温端24b。相反，在工作气体从第2级脉冲管24流向第2级蓄冷器22时，工作气体也可以分流于间隙31及插入部件32的空心部。

由此，工作气体能够在第2级冷却台30内与第1热交换表面30b、第2热交换表面32b及第3热交换表面54接触，并进行热交换。由此，热交换面积进一步增加，第2级冷却台30的热交换效率得到提高，也能够期待脉冲管制冷机10的制冷性能的提高。

如图9所示，第2热交换表面32b可以具有脉冲管对置区域48及蓄冷器对置区域50。脉冲管对置区域48是第2热交换表面32b上的与脉冲管连通路30i对置的区域。因此，脉冲管对置区域48接收从脉冲管连通路30i进入间隙31的工作气体。蓄冷器对置区域50是第2热交换表面32b上的与蓄冷器连通路30g对置的区域。因此，蓄冷器对置区域50接收从蓄冷器连通路30g进入间隙31的工作气体。

插入部件32可以从基端部32a延伸并越过蓄冷器连通路30g及脉冲管连通路30i。插入部件32的前端部32d相对于第2级冷却台30的中心部可以位于比第2级蓄冷器22及第2级脉冲管24更靠外侧。

插入部件32具备将内表面作为第3热交换表面54的空心棒状部52。插入部件32的前端部32d被第2级冷却台30的插入部件支承孔30j支承。因此，空心棒状部52在前端部32d侧也具有多个气体流通孔58。气体流通孔58与前端部32d在横向B上相邻配置。在图9所示的实施方式中，与图8所示的实施方式相同，空心棒状部52在基端部32a侧也具有多个气体流通孔56。气体流通孔56与基端部32a在横向B上相邻配置。气体流通孔56、58相对于第2级冷却台30的中心部可以分别位于比脉冲管连通路30i、蓄冷器连通路30g更靠外侧。

为了容易使工作气体流动，可以在脉冲管对置区域48及蓄冷器对置区域50中的至少一方形成凹部。该凹部在第2热交换表面32b上围绕插入部件32的中心轴而形成。在图9中，在脉冲管对置区域48形成有凹部。

如箭头C4所示，在蓄冷器对置区域50接收工作气体时，蓄冷器对置区域50可以使工作气体流向多个不同的方向。并且，在脉冲管对置区域48接收工作气体时，脉冲管对置区域48可以使工作气体流向多个不同的方向。多个不同的方向例如包括彼此相反的两个方向。在图9中示出了在横向B上彼此相反的两个方向。

由此，工作气体与第2级冷却台30及插入部件32接触的面积(即，热交换面积)也会增加。

为了实现流路阻力的均匀化，第2级冷却台30与插入部件32之间的间隙31也可以在局部不同。例如，如图10所示，间隙31在上下可以不同。例如，在第2级冷却台30的上表面30c侧，间隙31可以较窄，而在第2级冷却台30的下表面30e侧，间隙31可以较宽。或者，如图11所示，间隙31也可以在横向B上不同。例如，在插入部件32的两端，间隙31可以较宽，而在插入部件32的中间部，间隙31可以较窄。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应理解，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种设计变更，且能够存在各种变形例，并且，这种变形例也在本发明的范围内。

在上述实施方式中，插入部件32安装于第2级冷却台30，但并不限于此。在一种实施方式中，插入部件32也可以安装于第1级冷却台28。插入部件32可以设置于多级式制冷机中的多个冷却台中的任意一个冷却台，例如最终级的冷却台。或者，脉冲管制冷机10也可以是单级式制冷机，从而将插入部件设置于第1级冷却台。

在本发明中，脉冲管制冷机10为四阀型脉冲管制冷机，但是这并非是本质性的。脉冲管制冷机10也可以具有不同结构的相位控制机构，例如可以是双向进气型脉冲管制冷机(Double inlet pulse tube refrigerator)或激活缓冲型脉冲管制冷机(active bufferpulse tube refrigerator)。

在一种实施方式中进行说明的各种特征也可以应用于其它实施方式。通过组合而产生的新的实施方式兼备组合的实施方式各自的效果。

Claims (7)

1.一种脉冲管制冷机，其特征在于，具备：

脉冲管，其沿纵向延伸；

蓄冷器，其沿所述纵向延伸并且在横向上与所述脉冲管并排配置；

冷却台，其以使工作气体能够在所述脉冲管的纵向上的一端部与所述蓄冷器的纵向上一端部之间流动的方式连结所述脉冲管与所述蓄冷器，所述冷却台具有侧面开口部及第1热交换表面，所述第1热交换表面从所述侧面开口部沿所述横向朝向冷却台内延伸；及

插入部件，其具备：基端部，以堵住所述侧面开口部的方式固定于所述冷却台；及第2热交换表面，其在所述冷却台内配置成，从所述基端部沿所述横向延伸并且与所述第1热交换表面对置，所述插入部件在所述第1热交换表面与所述第2热交换表面之间形成用于使所述工作气体流动的间隙，以使所述第1热交换表面及所述第2热交换表面这两者均与所述工作气体接触。

2.根据权利要求1所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

在所述第2热交换表面形成有槽或凹凸。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述插入部件具备被所述冷却台支承的前端部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述插入部件具备从所述基端部沿所述横向突出并且将外表面作为所述第2热交换表面的实心棒状部。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述插入部件具备从所述基端部沿所述横向突出并且将外表面作为所述第2热交换表面的空心棒状部，所述空心棒状部形成为，沿所述横向延伸并且将内表面作为与所述工作气体接触的第3热交换表面的空心结构。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述冷却台具备：脉冲管连通路，其开口于所述第1热交换表面并使所述间隙与所述脉冲管的纵向上的一端部连通；及蓄冷器连通路，其开口于所述第1热交换表面并使所述间隙与所述蓄冷器的纵向上的一端部连通，

所述第2热交换表面具有：脉冲管对置区域，其与所述脉冲管连通路对置并且接收从所述脉冲管连通路进入所述间隙的工作气体；及蓄冷器对置区域，其与所述蓄冷器连通路对置并且接收从所述蓄冷器连通路进入所述间隙的工作气体。

7.一种脉冲管制冷机的制造方法，所述脉冲管制冷机具备：脉冲管，其沿纵向延伸；蓄冷器，其沿所述脉冲管的纵向延伸并且在横向上与所述脉冲管并排配置，所述方法的特征在于，具备如下步骤：

在冷却台形成侧面开口部及从所述侧面开口部沿所述横向朝向冷却台内延伸的第1热交换表面；

从所述侧面开口部插入具备基端部及第2热交换表面的插入部件，以使所述第2热交换表面在所述冷却台内配置成，从所述基端部沿所述横向延伸并且与所述第1热交换表面对置；

以使所述基端部堵住所述侧面开口部的方式将所述插入部件固定在所述冷却台；及

以使工作气体能够在所述脉冲管的纵向上的一端部与所述蓄冷器的纵向上的一端部之间流动的方式将所述脉冲管和所述蓄冷器连结在所述冷却台，

在所述第1热交换表面与所述第2热交换表面之间形成有用于使所述工作气体流动的间隙，以便所述第1热交换表面及所述第2热交换表面这两者均与所述工作气体接触。