JP2001510888A - 極低温熱交換器 - Google Patents

極低温熱交換器

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Abstract

(57)【要約】 極低温プローブ用の超小形積層熱交換器及びその製造方法。熱交換器は、エッチングにより無酸素銅シート（42）中に形成された高圧及び低圧流れパターン（46,48 ）を有し、これら流れパターンは、乱流を促進するよう曲がりくねった通路である。流れパターンの設けられた銅シート（42）は、円筒体（28）の形をした積層組立体の状態に接合され、第１の端部には高圧入口及び低圧出口が設けられ、第２の端部には高圧出口及び低圧入口が設けられる。高圧流路は低圧流路の横に並んで位置し、２つの流路中の流れは互いに逆方向であり、それにより向流方式の熱交換が達成される。流路のうち相当な部分は、熱交換器の長手方向軸線に平行であるか、或いはこれと横方向に位置し、その結果得られる熱の流れ（熱移動）は、それぞれ本質的に半径方向又は軸方向である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 〔発明の背景〕 本発明は、超小形の物体又は物体の非常に小さな部分を非常に低い温度に冷却
するのに用いられる装置の分野に関する。被冷却物体としては、生物学的物体、
電子部品その他が挙げられる。多くの互いに異なる技術分野において、非常に小
形の、極端に小さいといってよいほどの物体を周囲の物体の温度に影響を及ぼさ
ないで非常に低い温度に選択的に冷却できることが好ましい。このことは、冷却
作用を回路基板上の小形の素子に、これに隣接した素子を実質的に冷却しない状
態で及ぼすことが望ましいエレクトロニクス分野にも当てはまる。また、冷凍外
科の施術中に生体組織の非常に小さな別個の部分を、これに隣接した器官の組織
を実質的に冷却しないで非常に低い温度に冷却することが望ましい医療分野にお
いても当てはまる。説明の簡略化のために、本明細書は、医療分野におけるこの
要望に答えようとするが、他の分野、例えばエレクトロニクスにおける本発明の
用途も本発明の範囲に含まれることは理解されるべきである。
【０００２】 冷凍外科は、医療、歯科及び獣医分野において重要な手術になっている。婦人
科及び皮膚科の専門分野において特に成功している。他の専門分野、例えば神経
外科及び泌尿器科も又、冷凍外科技術の実用化により利益を享受できる可能性が
あるが、これは限定された手法で行われたに過ぎない。残念ながら、現在知られ
ている冷凍外科用器具は、或るかかる分野では利用を困難又は不可能にする幾つ
かの制約がある。具体的に述べると、公知のシステムは、内視鏡を用いて経皮的
に普及させることができるほどの精度及び可撓性を有するようには最適設計され
たものではない。
【０００３】 冷凍外科の施術の際、ターゲット組織を適度に凍結し、それにより組織中の疾
患のある又は変質した細胞を破壊するように設計された冷凍外科用システムを用
いることが通例である。破壊されるべき異常細胞は、無傷のままにしておかなけ
ればならない健常な細胞によって取り囲まれていることが多い。したがって、所
与の用途で用いられる専用のプローブ又は他のアプリケータは、この選択的な組
織凍結を達成するように用途に合った最適の形状寸法を備えるよう設計される。
プローブを用いる場合、冷凍システムの残部は、プローブの作業部分を所望温度
に下げ、そして、所与の熱負荷の場合に所望温度を維持できるのに十分な出力又
は能力を有する適度の冷却作用を生じさせるよう設計されなければならない。シ
ステム全体は、プローブの作業部分を凍結対象の組織の存在場所に配置し、しか
も他の器官及び組織には望ましくない影響を及ぼさないよう設計されなければな
らない。
【０００４】 現在知られている冷凍外科用システムは典型的には、冷却流体として液体窒素
又は亜酸化窒素を使用している。通常、液体窒素を破壊対象の組織に吹きつける
か、或いはこれを循環させて組織に当てたプローブを冷却する。液体窒素は約７
７Ｋという極めて低い温度を有しているので冷却能力が高く、この目的にとって
は非常に望ましい。しかしながら、液体窒素は通常は蒸発して使用中に大気中へ
逃げるので貯蔵タンクを頻繁に交換する必要がある。さらに、液体は上記のよう
な低温なのでその用途に用いられるプローブ及び他の装置は、真空ジャケット又
は他の形式の断熱手段を必要とする。これにより、プローブは比較的複雑になる
と共に大きくて扱いにくくなり、しかも剛性になるので、内視鏡又は脈管内用途
としては不適当になる。比較的嵩張った供給ホースが必要になると共に関連構成
要素の全てが次第に冷却されることにより、液体窒素利用器具は外科医にとって
使い勝手の悪いものとなり、しかも望ましくない組織の損傷が生じる場合がある
。
【０００５】 亜酸化窒素利用システムは一般に、ガスを加圧して、次にこれをプローブ先端
部のところに設けられたジュール・トムソン膨張要素、例えば弁、オリフィス、
又は他形式の流体絞り手段に通して膨張させることにより冷却を達成する。かか
る任意の器具を以下、単にジュール・トムソン「膨張要素」という。典型的な亜
酸化窒素利用システムは、約１９０Ｋ〜２１０Ｋ以上の実用温度が得られるよう
ガスを７００〜８００psiaに加圧する。亜酸化窒素利用システムは、液体窒素利
用システムによって達成される温度及び出力を生じさせることはできない。亜酸
化窒素利用システムで達成できる最大温度低下は、１８４Ｋまでであり、これは
亜酸化窒素の沸点である。亜酸化窒素利用システムは、入口高圧ガスがプローブ
先端部のジュール・トムソン膨張要素に達するまでは本質的に室温状態なので或
る幾つかの利点を有している。これにより、システムの断熱が不要であり、小形
化すると共に或る程度まで可撓性のものにすることが容易になる。しかしながら
、温度が比較的高く且つ出力が比較的低いので、組織の破壊及び他の用途には制
限がある。かかる多くの用途については、１８４Ｋよりも低い温度が望ましい。
さらに、亜酸化窒素は通常、システムの通過後、大気中へ逃がす必要がある。と
いうのは、必要とされる高圧を達成するのに適した価格の手頃な圧縮機は、市販
されているが信頼性がないからである。
【０００６】 大抵のジュール・トムソン式システムでは、単一の非理想ガスを加圧し、次に
絞り構成部品又は膨張要素を通して膨張させて等エンタルピー冷却作用を生じさ
せる。用いられるガスの性質、例えば沸点、逆転温度、臨界温度及び臨界圧力は
、所望の冷却温度を達成するのに必要な開始圧力を決定する。ジュール・トムソ
ン式システムは通常、流入中の高圧ガスを流出中の膨張ガスで冷却して膨張の際
の温度低下を大きくすると共に冷却能力を高めるために熱交換器を用いている。
所与のジュール・トムソン式システムの場合、所望の冷却作用の度合いにより所
要の熱交換器容量が決まる。フィンチューブ形熱交換器が使用されていたが、こ
れらは所要の冷却効果を達成するためには必然的に大型のものとなるので、超小
形システム、例えばカテーテル給送システムには使用できない。また、フォトエ
ッチングされたガラス板で作られた小形熱交換器が知られている。これら熱交換
システムは、大きさが依然として数センチ四方の範囲にあり、真に超小形の用途
、例えば内視鏡、カテーテルその他のシステムにとっては依然として大きすぎる
。さらに、これら熱交換器は平べったいので管状構造体、例えばカテーテル又は
内視鏡に組み込むことが困難である。これら医療用途のうち多くでは、構成部品
の寸法は、カテーテル又は内視鏡に組み込むことができるようにするためには幅
が約３mm以下であり、十分な可撓性をもつためには好ましくは長さが１５mmでな
ければならない。
【０００７】 小形熱交換器を冷却作用の送出し箇所の近く、例えばカテーテル又は内視鏡の
末端部の近くに配置する場合、熱交換器は必然的に患者の身体のその領域の温度
環境にさらされることになる。これにより、熱交換器を介して相当大きな熱負荷
が冷凍システムに別途加わる場合がある。その箇所ではスペース上の制約がある
ので、熱交換器を環境の熱得影響から隔離できないのが通例である。冷却箇所の
近くの温度環境により冷凍システムに及ぼされる追加の熱負荷は、熱交換器内を
流れている高圧ガス流と低圧ガス流の両方を温めるので熱交換器の性能を制限す
ることになる。さらに、熱交換器の付近の生体組織は、事実上断熱処理が施され
ていない熱交換器にさらされることにより望ましくない冷却作用を受ける場合が
ある。
【０００８】 熱交換器に課される要件は、プローブ先端部の熱交換器の前でガスを予冷する
ことにより幾分緩和できる。これは、ペルチエ効果利用装置をプローブ先端部の
熱交換器の前で流路に組み込むことによって行うことができる。ペルチエ効果利
用装置の低温側の表面上に設けられた熱交換器を通って流れるガスは、プローブ
先端部の熱交換器への到達前に冷却される。別法として、入口高圧流を分割して
流れの一部をそらし、膨張させて入口流の残りの部分を、プローブ先端部の熱交
換器に達する前に冷却してもよい。
【０００９】 ジュール・トムソン式システムによる冷却技術における飛躍的な技術進歩が、
単一ガスではなく、ガスの混合物を用いることにより実現可能である。たとえば
、炭化水素を窒素に添加することにより、所与の入口圧力で冷却能力及び温度低
下を向上させることができる。さらに、圧力を減少させても、高圧の単一ガス利
用システムと同等の性能を達成することが可能である。単一ガス利用システムと
同様、これら混合ガス利用システムは、熱交換器に関する各種要件を有するので
、熱交換器の大きさに起因して小形化の可能性が制約される。混合ガス利用シス
テムにより実現される冷却性能の向上は、医療及び他の超小形システムにとって
非常に望ましい。
【００１０】 混合ガス利用システムの中には、高圧が大きな関心事ではない場合及び嵩張っ
た高効率熱交換器を使用できるが、代表的は防衛及び宇宙用途に用いられる場合
に設計されたものがある。上述のガラス板形熱交換器は、かかるシステムのうち
或るものには用いられており、これらシステムは、１２００psiaの圧力を必要と
する場合がある。多くの用途、例えばレーザシステム、超伝導体、エレクトロニ
クス及び冷凍外科では、約４２０psiaを越える圧力は、安全上の理由及びかかる
装置は寿命が短く、費用が高くつき、しかも信頼性が低いという理由で望ましく
ない。さらに、内視鏡用途又は経皮的用途の場合、幅が約３mm以上又は長さが約
１５mm以上の熱交換器は使えない。
【００１１】 具体的に言えば、小形の給送システム、例えば脈管内心臓カテーテルに用いら
れる長くてほっそりとした細長い可撓性の極低温プローブを開発することが望ま
しい。遠隔に位置した血管の接近箇所から心臓中へ挿入するためには、心臓カテ
ーテルは、非常に細く、即ち５mm未満の範囲にあるものでなければならず、しか
も相当な可撓性を有するものでなければならない。かかる用途で用いられる冷凍
外科用カテーテルは又、安全上の理由で動作圧力が比較的低いものでなければな
らない。かかる冷凍外科用カテーテルは、循環中の血液により課される周囲熱負
荷に打ち勝つ冷却能力を備えるものでなければならず、しかもターゲット組織を
破壊するほど十分に低い温度を達成できるものでなければならない。最後に、タ
ーゲット組織以外の組織の損傷を防止するために、低温の熱伝達要素は、カテー
テルの先端部又は端部領域に限定されなければならない。
【００１２】 本発明の目的は、少なくとも１８３Ｋという低い膨張ガス温度を、熱負荷の作
用を受けてもこの温度を維持するのに十分な冷却能力で達成すると共に４２０ps
ia以下の高い入口圧力でこの機能を発揮する小形ジュール・トムソン式冷凍シス
テム用の超小形熱交換器を提供することにある。本発明の別の目的は、不利な温
度環境に熱交換器がさらされた場合の悪影響を最小限に抑える一体形真空断熱ジ
ャケットを有する超小形熱交換器を提供することにある。本発明の更に別の目的
は、上述の熱交換器を大量に製造する高精度の且つ経済的な方法を提供すること
にある。
【００１３】 〔発明の概要〕 本発明は、小形冷凍システムに用いられる円筒形の超小形積層熱交換器を提供
する。小形冷凍システムは、ガス混合物を最高４２０psiaの圧力に圧縮する圧縮
機を有する。圧縮機からの高圧ガス混合物を高圧供給管、例えば同軸心臓カテー
テルの内側管に送り込み、更に、高圧供給管が高圧ガス混合物を本発明の円筒形
超小形向流式熱交換器の基端側即ち手元側の端部の入口ポートに送り込む。高圧
ガス混合物は、熱交換器内の高圧供給通路を通過して熱交換器の末端部のポート
から出る。熱交換器の末端部高圧ポートは、ジュール・トムソン膨張要素の入口
に連結され、かかるジュール・トムソン膨張要素内では、ガス混合物が等エンタ
ルピー膨張して低い圧力状態及び少なくとも１８３Ｋという低い温度状態になる
。膨張要素は、ガス混合物を更に等温膨張させて周囲から熱を別途吸収する第２
の段(ステージ)を有するのがよい。
【００１４】 ジュール・トムソン膨張要素から出たガス混合物は、内側管と同軸の外側管の
壁内に収納された伝熱要素の内面にさらされる。膨張後のガス混合物は、伝熱要
素を少なくとも１８３Ｋという低い温度に冷却し、次に熱交換器の低圧戻り通路
を通って戻る。これにより、高圧ガスはその元々の周囲温度からこれよりも低い
温度に冷却される。膨張後のガス混合物は、熱交換器の低圧出口から内側高圧管
の外部で外側管の内腔中へ流れ、圧縮機に戻る。
【００１５】 本発明の熱交換器は、幾つかの互いに異なる形式のうち任意のものであるのが
よい積層構造を有する。好ましい実施形態では、熱交換器は、熱交換器の軸方向
寸法に沿って交互に積み重ねられた複数の丸いプレートとリング状のスペーサで
構成されている。プレートは、熱交換器の高圧通路を構成する第１の複数の穴及
び熱交換器の低圧通路を構成する第２の複数の穴を有している。高圧穴は、低圧
穴から分離されている。実質的に環状のチャンネルが、各プレート及び各スペー
サを貫通してその周囲に隣接して形成されている。この環状チャンネルは、隣接
して位置するプレートを貫通して設けられた環状チャンネルは整列して熱交換器
の周囲を実質的に包囲する一体形の断熱真空ジャケットを構成する。この一体に
形成された環状真空ジャケットは、熱交換器の外部に追加的に設置される公知の
真空ジャケットよりも一層均一のデッドスペースを構成し、従って、一体形真空
ジャケットは、熱交換器の一層効果的な断熱手段となる。
【００１６】 プレートは、比較的大きくて非常に薄い無酸素銅板又はシートから作られる。
先ず最初に銅シートを薄いフォトレジスト配合物の層で被覆する。各プレートの
所望の外形と穴及び環状チャンネルの配置場所を定めるパターンをコンピュータ
援用設計システムで設計し、次にパターンを数値制御レーザで銅シートに転写す
る。レーザは、フォトレジスト層を銅シートに所望のパターンで接合する。次に
、銅シートをエッチング用化学薬品中で洗浄し、フォトレジスト配合物の接合パ
ターンは、銅板のその部分をエッチングから保護する。エッチング用化学薬品は
、非接合領域の銅を溶解する。これにより、多数の所望の銅プレートがシート中
に形成され、各プレートは、エッチングにより設けられた所望パターンの穴及び
環状チャンネルを有する。これにより、多数の銅プレートを単一の丸いシートか
ら形成できる。大きなシートを非常に小さな丸いプレートの場合よりも一層正確
に整列させることができるので、これにより銅プレートと隣のプレート又はスペ
ーサとの正確な整列関係を容易に取ることができる。また、これにより、多数の
熱交換器の製造が一層経済的になる。
【００１７】 同様に、比較的大きくて非常に薄いステンレス鋼シートをエッチングすること
により多数のスペーサが形成される。各スペーサは、各高圧通路のための大きな
開口部及び各低圧通路のための大きな開口部を有する。実質的に環状のチャンネ
ルが、各スペーサリングを貫通してその周囲の近くに形成される。この環状チャ
ンネルは隣接したプレート及びスペーサを貫通した環状チャンネルと整列して熱
交換器の周囲を実質的に包囲する一体形断熱真空ジャケットの一部を構成する。
【００１８】 大きなシート状のプレートと大きなシート状のスペーサは、これらが銅プレー
トとステンレス鋼スペーサを交互に配置した多数の円筒体の状態に形成されるよ
う積み重ねられる。特別なエンドプレートのシートを積重ね体の各端部に配置し
て高圧通路及び低圧通路の端部に接近ポートを形成すると共に一体形真空断熱ジ
ャケットの端部を閉鎖する。次に、銅シートと鋼シートの積重ね体を真空中に置
き、それにより高圧通路、低圧通路、環状チャンネル及びシート相互間の空間を
全て排気する。次に、プレートとスペーサの積重ね体を互いに拡散接合する。
【００１９】 拡散接合を完了すると、高圧通路及び低圧通路は、これらの端部がポートを介
して開口したままであり、これに対して一体形環状真空ジャケットは密封されて
真空を維持する。任意の一つのプレートの高圧穴は、その隣のプレートの何れか
一方の高圧穴と完全には整列せず、それによりガス混合物の流れは乱流状態にな
って熱伝達を促進する。銅プレートの穴が相対的に不整列状態であること及びス
ペーサの穴が互いに整列状態にあることを用いると、半径方向の熱伝達を伴う実
質的に軸方向の流れか、或いは軸方向の熱伝達を伴う実質的に横方向の流れかの
何れかを達成できる。プレート及びスペーサから成る所与の円筒体の環状チャン
ネルは互いに整列状態に保たれて、円筒体の事実上全長にわたってこれを貫通す
る軸方向に連続した実質的に環状の真空ジャケットを形成する。
【００２０】 比較的大きなシート状のプレート及びスペーサを積み重ねて拡散接合すること
は、個々の超小形有孔プレート及びスペーサを互いに整列させようとする場合の
問題を解決する。これら構成要素の戦列は、個々のプレート及びスペーサではな
く、大きなシートを互いに正確に整列させることにより達成される。開口部及び
内視鏡に用いられる熱交換器の製造に用いられるプレートとスペーサは、非常に
小さいので正確な整列状態にすることは事実上不可能であり、又はこれを行うに
は費用が非常に高くつく。これは、乱流状態の高圧流を生じさせるために高圧通
路の個々の穴が隣接のプレートの個々の高圧穴と僅かに不整列状態にあり、乱流
状態の低圧流を生じさせるために隣り合うプレートの低圧穴が同様に不整列状態
にあるような本発明の熱交換器では特に重要である。個々の穴のこの僅かな不整
列状態に起因して生じる乱流は、最大熱伝達量を達成する上で非常に重要である
ことが判明した。
【００２１】 また、比較的大きなシート状のプレート及びスペーサの積重ね及び拡散接合に
より、各円筒体の各端部への更に別の超小形機能要素の形成、例えば一端への膨
張オリフィス及び他端への入口／出口コネクタのそれぞれの形成が可能になる。
エッチングにより多数の膨張オリフィスを大きなシートに設けてシートの積重ね
体の頂端部上に配置することができる。同様に、数枚の連続シート状のスペーサ
リングを、銅シートを介在させない状態で、シートの積重ね体の底端部上に配置
すると、入口ガス管及び出口ガス管の取付け用コネクタマニホルドを形成するこ
とができる。この製造方法を用いなければ、かかる膨張オリフィス又はかかる入
口／出口コネクタの取付けを正確に行うことは困難であって、しかも費用が高く
つく。というのは、開口部又は内視鏡の用いられるのに適したシステム内のかか
る要素の大きさは非常に小さいからである。
【００２２】 変形実施形態では、エッチングにより回り道状の通路又はチャンネルを薄い銅
シート中に形成することにより熱交換器を構成してもよい。これら銅シートのう
ち２枚をこれらの間に中実シートを挟んだ状態で積層するのがよい。次に、積層
シートを巻いて円筒形の形にするのがよい。エッチングした銅シートのうち一方
のチャンネルは高圧通路としての役目を果たすことができ、他方のエッチングし
た銅シートのチャンネルは低圧通路としての役目を果たすことができる。中実シ
ートは、高圧チャンネルを低圧チャンネルから分離するのに役立つ。
【００２３】 本発明の新規な特徴及び本発明の全体は、添付の図面を参照して以下の説明を
読むと最もよく理解されよう。
【００２４】 〔発明の詳細な説明〕 本発明の熱交換器は、単一のガスに代えてガス混合物を用いるジュール・トム
ソン式冷凍システムに用いられる。というのは、選択された用途に用いられるよ
うになったシステムに課されるサイズに関する制限及び圧力に関する制限が所与
のものであるとすれば、所要の温度で必要な冷却能力を達成することができる公
知の単一のガスは存在しないからである。本発明には数種類のガス混合物が使え
ることがわかり、他のガス混合物も同様に使えると予想される。適当なガス混合
物は種々の形態をとることができ、これらは炭化水素を主成分としていてもよく
、或いは非炭化水素を主成分としていてもよい。
【００２５】 一例として挙げるに過ぎないが、多くの用途の好ましい混合物として現在認め
られている混合物は、３０％メタン、２３％窒素、２３％イソブタン、１９％エ
タン及び５％プロパンである。かかるガス混合物の等エンタルピー膨張の温度に
関する影響が、図１に示されており、この図１は、１バール（１４．５psia）、
２１バール（３０５psia）及び４１バール（５９５psia）の圧力におけるこのガ
ス混合物についてのエンタルピー曲線を示している。高い圧力のうちの１つから
低い圧力への等エンタルピー膨張は、グラフを横切って左側に、温度の低下を伴
って水平に進行する。達成可能な最も低い温度は、曲線が交わる点、１００Ｋよ
り下のあたりである。高圧ガス混合物の温度が低ければ低いほどそれだけいっそ
う、ジュール・トムソン膨張要素を介して等エンタルピー膨張により達成できる
温度は低くなる。また、グラフから分かることは、４１バールからの膨張によっ
て達成できる温度と２１バールからの膨張によって達成できる温度の間には差が
ほとんどないことである。
【００２６】 例えば、使用される熱交換器が高圧ガス混合物を膨張要素の直ぐ上流側で２１
０Ｋの温度まで冷却できるものとする。もし２１バールの高圧を用いると、等エ
ンタルピー膨張の結果として、温度は１８０Ｋになる。それに代えて、もしガス
混合物を４１バールに加圧すると、等エンタルピー膨張後の達成可能な温度は依
然として約１７３Ｋに過ぎない。さらに、所与の温度のもとにおける高圧曲線と
１バールの曲線との相違によって表わされる冷凍能力又はパワーは、高圧が２１
バールであっても、或いは４１バールであってもいずれにしてもほぼ同一である
。したがって、初期圧力を２１バール又は約３００psiaに下げることによって安
全性を一段と上げたことの結果として生じる性能低下は僅かにすぎない。明らか
なこととして、所与のガス混合物の場合、熱交換器の効率が高ければ、それだけ
いっそう最終的に達成可能なプローブ温度は低くなり、しかも冷却能力が高くな
るであろう。
【００２７】 図２は、冷凍外科用途のための本発明による熱交換器を有する冷凍システム１
０を示している。システム１０は、市販の単段圧縮機１２、圧縮機１２の入口及
び出口に連結された二重フレキシブルホース１４、かじ取り用取手１６及び冷凍
外科用プローブ１８から成る。圧縮機１２は、典型的にはアフタークーラ、油分
離機及び吸着フィルタを用いる利用可能な数種類の潤滑式圧縮機のうち任意のも
のであってよい。変形例として、無潤滑式圧縮機も利用できる。ホース１４は、
用いられるガス混合物に関する圧力及び化学的暴露に適した二重フレキシブルホ
ースであるのがよい。取手１６は、外科医がガス混合物の流量を絞る際に用いる
ために取り付けられた制御膨張要素を有するのがよい。変形例として、圧縮機の
ところで流量を調整するフットスイッチにより流量を制御してもよい。プローブ
１８は、高圧ガス混合物を圧縮機１２の出口から導き出したり、膨張した低圧ガ
スを圧縮機１２の入口に戻すための内側チューブを有する同軸カテーテルである
。プローブ１８は、熱交換器、膨張要素及び伝熱要素が収納されている遠方端部
又は領域２０を有している。プローブ１８は、冷却されるべき物体、例えば心臓
に至る患者の脈管系に挿入できるのに適した直径、長さ及び可撓性のものである
。
【００２８】 図３は、同軸カテーテル１８の遠方端部２０の部分断面図を示している。カテ
ーテル１８は、外側チューブ２２及び内側チューブ２４から成る。外側チューブ
２２は、カテーテル１８の端部まで連続したものであってもよく、或いは延長部
２３を有していてもよく、この延長部２３は、実用上の全ての目的に関して外側
チューブ２２の一体部分であると考えられるべきである。外側チューブ２２は、
ワイヤ編組ポリマー、例えばポリイミド−エーテルコポリマーから公知の方法で
作られる。内側チューブ２４は、特定の要素について予想される最大高圧値に対
して十分な耐圧性を有するワイヤ編組ポリイミドから作られている。内側チュー
ブ２４は、入口取付け具２６によって超小形熱交換器２８の基端部に連結されて
いる。熱交換器２８の末端部には、ジュール・トムソン膨張要素３０が取り付け
られている。膨張要素３０の末端部は、外側チューブ２２の末端部のところのキ
ャビティ３１に露出し、或いは伝熱要素３２によって閉鎖された延長部２３に露
出している。膨張後のガス混合物は、伝熱要素３２の内面６６を冷却し、それに
より外面６８を冷却する。外面６８は、外科医によって冷却されるべき物体に当
てられる。
【００２９】 より具体的に説明すると、内側高圧チューブ２４の末端部は、入口取付け具２
６によって、熱交換器２８の基端部のところの高圧入口ポート３４に連結されて
いる。この高圧入口ポート３４は、この実施形態では、熱交換器２８の中央軸方
向部分として示されている熱交換器を通る高圧供給通路３６に通じている。熱交
換器２８は又、キャビティ３１に露出したその末端部のところの低圧入口ポート
３８を有している。この低圧入口ポート３８は、高圧通路３６を包囲する熱交換
器の外側環状部分として示された低圧戻り通路４０に通じている。低圧通路を通
って流れる低圧低温のガス混合物は、高圧通路を通って流れている高圧高温のガ
ス混合物を予冷する。
【００３０】 熱交換器２８は、銅プレート４２とステンレス鋼スペーサ４４を交互に積み重
ねてこれらを互いに拡散接合したものから成る。熱交換器２８は、この図を簡単
にするために、銅プレート４２及びスペーサ４４上の一つの外層を有するものと
して示されているが、実際には、この外層は、各スペーサ４４に設けられていて
、各銅プレート４２の最も外側の環状部分に接合された外側リング４５によって
構成されているものが最も良く、これについては以下に明らかにする。各銅プレ
ート４２の中央部分には、複数の穴４６が貫通して設けられており、これらの穴
は、スペーサ４４の中央開口部と一緒になって、末端方向に熱交換器２８を長手
方向に通る高圧通路３６を構成する。同様に、各銅プレート４２の外側部分には
、複数の穴４８が貫通して設けられており、これらの穴は、スペーサ４４の外側
開口部と一緒になって、基端側即ち手元側の方向に熱交換器２８を長手方向に通
る低圧通路４０を構成する。高圧通路３６は、各スペーサ４４に設けられた内側
リング４７によって低圧通路４０から分離されている。銅プレート４２とスペー
サ４４は両方とも、以下に説明するように、熱交換器の性能を最大にするための
一体形真空ジャケットを構成する貫通チャンネルを備えるのがよい。
【００３１】 熱交換器２８を通過する高圧ガス混合物は、熱交換器の中央末端部分のところ
に設けられた高圧出口ポート５０のところで高圧通路から出て等エンタルピージ
ュール・トムソン膨張要素３０の入口５２に流入する。この膨張要素３０は、第
１の直径の第１のステージ５４を有し、この第１のステージ５４内では、これよ
りも大きな第２の直径部分に至るまで等エンタルピー膨張が起こり、それにより
ガス混合物の温度を設計温度まで下げる。ガス混合物は次に、第２のステージ５
６を通り、この第２のステージ５６内では、等温膨張がおこり、ガス混合物を依
然として所望の温度のままにしておくが、プロセス中の周囲の構造体から熱を吸
収する。第１のステージ５４は、ガスの所望の膨張率を達成するために選択され
た充填密度で選択されたサイズの金属ビーズで金属円筒体５８を満たすことによ
り構成されている。同様に、第２のステージ５６は、ガスの所望の膨張率を達成
するために選択された充填密度で選択されたサイズの金属ビーズで別の金属円筒
体６０を満たすことにより構成されている。代表的には、第２のステージ５６内
のビーズは、伝熱作用を高めるために大きな表面積を有するものとなる。変形例
として、焼結ビーズ膨張要素ではなく、膨張要素として膨張オリフィスを用いて
もよい。以下に焼結ビーズ膨張要素という場合には、膨張オリフィスを含むもの
として理解されたい。
【００３２】 基端側の方向に熱交換器２８を通る膨張後のガス混合物は、熱交換器２８の基
端部のところに設けられた低圧出口ポート６２のところで環状低圧通路４０から
出る。この膨張後のガス混合物は、内側チューブ２４を包囲している外側チュー
ブ２２の内側内腔６４に入って圧縮機１２に戻される。
【００３３】 図４及び図５は、熱交換器２８の一実施形態中における銅プレート４２の構造
及びこれらの角度配向状態又は向きを一層明らかに示している。各銅プレート４
２は、その中央部分を貫通した第１の複数の高圧穴４６及びその外側環状部分を
貫通した第２の複数の低圧穴４８を有している。代表的には、内側穴４６の直径
及び間隔は、外側の穴４８の直径及び間隔よりも小さい。２つの互いに異なる通
路について穴の直径及び間隔を選択することは、設計上、周知の設計原理にした
がって２つの互いに異なる圧力状態において最小圧力降下及び最大熱伝達率の最
適化が得られるよう行われる。
【００３４】 図４及び図５はまた、隣り合う銅プレート４２相互間の相対的な角度配向状態
を示している。２つの図は実際には、同一銅プレート構成を示しており、図５の
銅プレート４２は、図４の銅プレート４２に対して単に回転したものであること
が分かる。銅プレート４２で用いられる穴パターンを、ガス混合物と銅プレート
４２との熱交換を伴う接触を最大限にするために、様々のものにすることができ
る。ガスは、図３に示してあるように銅プレート４２と間に配置されたスペーサ
４４の内側リング４７との接触によって阻止されるので、銅プレートの高圧側部
分から低圧側部分に流れることはない。隣り合う銅プレート４２相互間の相対的
な角度の向きもまた、ガス混合物の乱流を最大限にして熱伝達を促進する目的で
、選択された穴パターンにしたがって様々なものにすることができる。
【００３５】 図３、図４及び図５から明らかに分かることとして、通路３６又は通路４０の
いずれかの中で熱交換器２８を通って流れるガスは、幾分曲りくねった経路を辿
り、この流路の相当な部分は、熱交換器２８の軸線に対して横方向の運動の際に
かかわる。図示の実施形態では、流れの横方向成分は、隣り合う銅プレート４２
相互間の相対的な角度の向きに起因して生じる。この曲りくねった経路は、効率
的な熱伝達を促進し、超小形熱交換器２８が所要の温度低下を達成して流れ絞り
形ジュール・トムソン膨張要素３０を通じて所望の等エンタルピー膨張を可能に
し、最終的には設計冷却温度を生じさせる。この実施形態における熱の流れは、
実質的に半径方向に向く傾向がある。
【００３６】 図６は、銅プレート４２相互間に配置されたスペーサ４４の一実施形態を示し
ている。スペーサ４４は、スポーク７０によって所望の同心関係に支持された外
側リング４５と内側リング４７を有している。内側リング４７内の内側開口部７
２は、銅プレート４２相互間の高圧通路３６の一部として役立つ。内側リング４
７と外側リング４５との間の複数の外側開口部７４は、銅プレート４２相互間の
低圧通路４０の一部として役立つ。内側リング４７は、高圧開口部７２と低圧開
口部７４との間の仕切りとして役立つ。
【００３７】 図７は、図８及び図９に示す銅板の第２の実施形態４２′に用いることができ
るスペーサの第２の実施形態４４′を示している。スペーサ４４′は、外側リン
グ４５′及び高圧と低圧の仕切り４７′を有している。この仕切り４７′は、高
圧側開口部７２′を低圧側開口部７４′から分離している。このスペーサ４４′
を図７に示す向きから逆さまにして仕切り４７′の向きを逆にできることが理解
される。この理由については以下に明らかにする。図８は、比較的小さな矩形高
圧穴４６′及び比較的大きな矩形低圧穴４８′を備えた銅プレート４２′を示し
ており、矩形の穴４６′，４８′の6長手方向寸法は垂直方向に整列している。 図９は、同一タイプの銅板４２′を示しており、矩形の穴４６′，４８′は水平
方向に配置されている。スペーサ４４について取ることができるこれら２つの穴
パターン及び２つのスペーサの向きは、図１０に示すような一連の隣り合う銅プ
レート４２′及びスペーサ４４′を構成するために用いられる。
【００３８】 図１０は、銅プレートを熱交換器の基端部から低圧側端部に向かって連続した
状態で配置した場合の左から右に構成されたこの一連の構造を示している。ＨＰ
の矢印は、この紙面に向かう高圧ガス混合物の流路を示し、ＬＰの矢印は、この
紙面から出る低圧ガス混合物の経路を示している。図１１は、積重ね状態の銅プ
レート４２′とスペーサ４４′の縦断面を示すことによりこの流路をさらに示し
ている。破線は、隠れた高圧及び低圧側の穴の位置を示すために用いられている
。この場合もまた、ガス混合物は、高圧通路３６と低圧通路４０の両方を通って
曲りくねった経路を辿るが、この実施形態では、流れの横方向成分は、第１の実
施形態の場合よりもいっそう顕著であり、熱の流れは半径方向よりもいっそう軸
方向に向く傾向がある。
【００３９】 図１２及び図１３は、積重ね状態のプレートとスペーサではなく、圧延シート
材（圧延薄板）で構成された本発明の熱交換器の更に別の実施形態を示している
。カテーテル１８の内側管２４は、第１のシート７６にエッチングにより形成さ
れたラビリンス状高圧通路３６′に連結された状態で示されている。絞りもまた
エッチングにより高圧通路３６′の出口に形成され、ジュール・トムソン膨張要
素３０′を形成している。第２のシート８０が、エッチングにより形成された低
圧通路４０′を有し、この通路は入口３８′及び出口６２′を有している。高圧
通路３６′と低圧通路４０′を分離するためのスペーサシート７８が第１のシー
ト７６と第２のシート８０との間に配置されている。シート７６，７８，８０を
図示の向きで積層して互いに拡散接合してもよく、或いはある他の適当な方法で
接合してもよい。次に、組立体を図１３に示すように巻いて円筒形熱交換器２８
′を構成する。
【００４０】 図１４及び図１５は、ほっそりとして細長い伝熱要素３２′を有するカテーテ
ル１８′の末端部の第２の実施形態を示している。この実施形態は、カテーテル
末端部は、膨張要素３０に取り付けられた流体チューブ２７、流体室２９及び流
体室２９と延長チューブ２３との間に設けられた断熱材２５を有するのがよいこ
とを示している。この構成により、冷却能力は、主として伝熱要素３２′を介し
て適用されることになる。
【００４１】 図１６及び図１７は、本発明の熱交換器の第３の実施形態で用いることができ
る熱交換プレート１４２，１４２′を示している。これら熱交換プレートは、比
較的高い熱伝達係数を有する材料、例えば金属から成るシート１５３から作られ
ている。一例として、プレート１４２，１４２′を構成するシート１５３は、無
酸素銅シートであるのがよい。以下に説明するように、熱交換器は、スペーサを
間に挟んでプレート１４２，１４２′を交互に積層することによって構成される
ことになる。各プレート１４２，１４２′は、最終組立体に側部溝を形成するよ
う複数の凹み又は切欠き１４３を有している。これにより、計装ワイヤをカテー
テルの先端部まで運ぶことができ、したがってこれらは心臓の温度又は電気的伝
導をモニターすることができる。
【００４２】 各プレート１４２，１４２′は、高圧ガス通路を形成する中央に配置された高
圧穴１４６のパターン及び低圧ガス通路を形成する低圧穴１４８の環状パターン
を有している。各プレート１４２，１４２′にはさらにこれを貫通する実質的に
環状のチャンネル２８２が設けられていて、以下に説明する真空ジャケットが形
成されている。図示のように、環状チャンネル２８２は、切欠き１４３を飛び越
す２又は３以上の実質的に環状のチャンネルセグメントとして形成されたもので
あるのがよい。プレート１４２，１４２′は、まず最初にシート１５３から形成
されると、複数の細長いストラット又は支柱１４９によってシート１５３から支
持される。複数の開放ボイド１５１が、プレート１４２，１４２′とシート１５
３の残部との間で各プレート１４２，１４２′を包囲している。プレート１４２
′の高圧穴１４６の中央パターンは、プレート１４２の高圧穴１４６の中央パタ
ーンに対して３０°の角度で配向していることがわかる。これにより、プレート
１４２の各高圧穴１４６は、その隣のプレート１４２′の高圧穴１４６と実質的
には整列しないようになる。同様に、プレート１４２′の低圧穴１４８の環状パ
ターンは、プレート１４２の低圧穴１４８の環状パターンに対して３０°の角度
で配向している。この相対的な角度の向きは様々であってよいが、ガスがプレー
ト１４２からその隣のプレート１４２′に流れるとき、或いはその逆に流れる時
に層流ではなく乱流を生じさせるほどのものでなければならない。この乱流状態
のガスの流れは、中央領域における高圧ガスからプレート１４２，１４２′への
熱伝達を促進し、しかも中央領域の周りの環状領域におけるプレート１４２，１
４２′から低圧ガスへの熱伝達を促進する。これも重要であるが、その理由は、
本システムで用いられる流体混合物は一部が液体である場合があり、より良好な
熱伝達は液体が穴を真っ直ぐに通過するのではなく、銅表面に跳ねかかる時に生
じるからである。
【００４３】 図１８は、図１６及び図１７に示すプレート１４２，１４２′とともに用いら
れるのに適したスペーサ１７６を示している。スペーサ１７６の外周部は、二重
外側リング１４５によって形成され、外側リング１４５の２つの周囲部分は、実
質的に環状のチャンネル２８２によって分離されている。外側リング１４５に加
えて、スペーサ１７６は、リング状の間仕切り１４７によって仕切られている。
リング状間仕切り１４７は、隣り合うプレート１４２，１４２′の高圧穴１４６
を包囲するよう設計された高圧室１８０を包囲している。リング状間仕切り１４
７と外側リング１４５との間には、複数の低圧室１８２が設けられている。低圧
室１８２は、隣り合うプレート１４２，１４２′の低圧穴１４８を全体的に包囲
するよう設計されている。リング状間仕切り１４７は、高圧室１８０を低圧室１
８２から密封するほど十分な幅１８４を有している。熱交換器の組立て及び積層
後、スペーサ１７６が隣り合うプレート１４２，１４２′相互間に位置した状態
で、リング状間仕切り１４７は高圧室１８０を低圧室１８２から隔離して熱交換
器を通る高圧通路と低圧通路を形成していることが理解できる。高圧通路は、熱
交換器の実質的に長手方向軸線に沿って延び、低圧通路は高圧通路と実質的に同
軸状に延びる。したがって、高圧ガスと低圧ガスの両方は、熱交換器を通って実
質的に軸方向に流れ、熱伝達は軸線に対して実質的に横方向に、この場合高圧通
路から低圧通路に半径方向外方に生じる。結果的に半径方向ではない熱の横方向
の流れを生じさせる通路に関する他の配列を、本発明の精神から逸脱することな
く用いてもよい。また、熱交換器の組立て及び積層後、スペーサ１７６が隣り合
うプレート１４２，１４２′相互間に位置した状態で、プレート及びスペーサの
環状チャンネル２８２は、熱交換器の周囲の回りに一体の実質的に環状の真空ジ
ャケットを構成するよう互いに整列することも理解できよう。真空ジャケットは
、熱交換器の長手方向軸線と実質的に同軸である。この形態では、高圧通路は軸
線に沿って延び、低圧通路は環状領域中において高圧通路と同軸であるので、ス
ペーサ１７６は、熱交換器の端部において高圧ガスの流れを中央入口ポート又は
出口オリフィスに連結し、低圧ガスの流れを環状入口又は出口ポートに連結する
ためのマニホルドとしての役目も果たすことができ、これについては以下に説明
する。
【００４４】 熱交換器に用いられる全てのスペーサ又はマニホルドは、共通又は標準の外側
プロフィールを有するであろう。外側プロフィールは、複数のストラット又は支
柱１４９によって、スペーサ及びマニホルドの構成材料としてのシート１５５か
ら支持されると共に分離されている。スペーサ及びマニホルドは、プレート１４
２，１４２′の構成材料よりも熱伝達係数が比較的低いものであるのがよい材料
、例えば金属のシート１５５から形成されている。一例として、スペーサ及びマ
ニホルドの構成材料としてのシート１５５はステンレス鋼であるのがよい。スペ
ーサ及びマニホルドについて比較的硬い材料を用いることにより、熱交換器の耐
久性が向上する。スペーサ１７６の標準型の外側プロフィールの外径は、プレー
ト１４２，１４２′の外径に一致している。標準型外側プロフィールは、プレー
ト１４２，１４２′の凹み１４３と整列する複数の凹み１６５を有している。凹
み１６５の曲率の中心は、これと対応したプレート１４２の凹み１４３の曲率の
中心と整列し、それにより熱交換器を組み立てる際のプレート、スペーサ及びマ
ニホルドのすべての整列関係を確保するようにする。
【００４５】 図１９に示すように、プレート１４２，１４２′を銅シート１５３内に支持す
ると共に位置決めし、さらにスペーサ又はマニホルドをステンレス鋼シート１５
５内に支持すると共に位置決めするために用いられるストラット１４９は、必要
な支持及び位置決めを行うのに十分な広い幅１７０を有している。加うるに、ス
トラット１４９は、シートの積層を達成した後、プレート、スペーサ又はマニホ
ルドのシートから折りやすいよう各端部に狭い幅１７２を有している。さらに、
シート及びプレート、スペーサ又はマニホルドからストラット１４９を取り除き
やすさを高めるためにストラット１４９がシート１５３，１５５を接合している
ところに切込み状態のコーナー部１７４が設けられている。
【００４６】 図２０は、図１６及び図１７に示すプレート１４２，１４２′に用いられ、図
１８に示すスペーサ１７６に用いられるのに適したエンドキャップ１５９を示し
ている。エンドキャップ１５９の外周部は、単一の外側リング１４４によって形
成されている。単一の外側リング１４４は、スペーサ１７６の二重外側リング１
４５の全幅に等しい幅を有している。上述したように標準型外側プロフィールを
備えた単一外側リング１４４に加えて、エンドキャップ１５９は、スペーサ１７
６のリング状間仕切り１４７と同一のリング状間仕切り１４７によって仕切られ
ている。リング状間仕切り１４７は、高圧室１８０を包囲している。複数の低圧
室１８２が、リング状間仕切り１４７と外側リング１４４との間に設けられてい
る。熱交換器の組立て及び積層後、スペーサ１７６が隣り合うプレート１４２，
１４２′相互間に位置し、エンドキャップ１５９が各端部に取り付けられた状態
で、環状チャンネル２８２の相互整列により熱交換器の壁内に一体に形成された
真空ジャケットの各端部にはキャップが取り付けられる。
【００４７】 図２１及び図２２は、図１６及び図１７に示す第３の形態よりもいっそう効率
的な熱伝達が得られることになる熱交換プレート１８６，１８６′の第４の形態
を示している。各プレート１８６，１８６′は、同軸低圧ガス通路を形成するよ
う低圧穴１４８の環状パターンと共に中央に配置された低圧穴１４８のパターン
を有している。各プレート１８６，１８６′は、高圧ガス通路を形成するよう高
圧穴１４６の環状パターンを更に有している。これら高圧穴は、低圧穴１４８の
中央パターンと環状パターンと同軸に且つこれらの間にサンドイッチされた状態
で３つのグループをなして設けられている。この形態における高圧通路は、熱交
換器の長手方向軸線と実質的に同軸であり、低圧通路は、この軸線に沿う中央領
域及び高圧通路と実質的に同軸状である外側環状領域を有している。したがって
、高圧ガスと低圧ガスの両方は、熱交換器を通って実質的に軸方向に流れ、熱伝
達は、熱交換器の軸線に対して実質的に横方向であり、この場合、高圧通路から
低圧通路の２つの領域に、内向き半径方向と外向き半径方向の両方で生じる。プ
レート１８６，１８６′は、先ず最初にシート１５３から形成されると、複数の
細長いストラット１４９によってシート１５３から支持される。複数の開放ボイ
ド１５１が、プレート１８６，１８６′とシート１５３との残部との間で各プレ
ート１８６，１８６′を包囲している。
【００４８】 プレート１８６′の高圧穴１４６の３つのグループはプレート１８６の高圧穴
１４６の３つのグループと全体として整列することが分かる。しかしながら、プ
レート１８６′の３つのグループは各々、個々の穴を実質的に不整列状態にする
ようその隣のプレート１８６の対応のグループとは異なる形状をしていて、高圧
ガスの乱流を促進する。同様に、プレート１８６′の低圧穴１４８の中央パター
ンは全体として、プレート１８６の低圧穴１４８の中央パターンと整列する。し
かしながら、プレート１８６′の中央パターンは、個々の穴を実質的に不整列状
態にするようその隣のプレート１８６の中央パターンとは異なる形状をしていて
、低圧ガスの乱流を促進する。他方、プレート１８６′の低圧穴１４８の外側環
状パターンは、プレート１８６の低圧穴１４８の外側環状パターンに対して３０
°の角度をなして配向している。これにより、プレート１８６の外側環状パター
ンの各低圧穴１４８はその隣のプレート１８６′の低圧穴１４８と実質的に整列
しないようになる。外側環状パターンのこの相対的な角度の向きは様々であって
よいが、低圧ガスがプレート１８６からその隣のプレート１８６′に流れるとき
、或いはその逆に流れる時に層流ではなく乱流を生じさせるほどのものでなけれ
ばならない。この乱流状態の高圧ガスの流れは、サンドイッチされた状態の環状
領域における高圧ガスからプレート１８６，１８６′への熱伝達を促進し、乱流
状態の低圧ガスの流れは、中央領域及び外側環状領域におけるプレート１８６，
１８６′から低圧ガスへの熱伝達を促進する。
【００４９】 環状チャンネル２８２は、図１６及び図１７のプレート中に示されているのと
は異なり、図２１及び図２２のプレート中には示されていないが、本明細書で開
示するプレートのこれらの実施形態及び他の全ての実施形態は、一体形真空ジャ
ケットを有する熱交換器を形成するよう環状チャンネル２８２を同様に有するの
がよいことは理解されるべきである。環状チャンネル２８２は、プレート及びス
ペーサに設けられる場合、図２０に示すエンドキャップ１５９と類似していて、
単一の幅の広い外側リングを有するエンドキャップが、一体形真空ジャケットを
包囲するよう熱交換器の各端部に用いられる。
【００５０】 図１６及び図１７に示すプレートの形態とは異なり、図２１及び図２２に示す
形態では、熱交換器の２つの端部への連結を容易にするための専用のエンドプレ
ートが必要になる。図２３は、かかるエンドプレート１８８を示している。エン
ドプレート１８８には、低圧穴の中央パターンが設けられておらず、これに対し
高圧穴の環状パターン及び低圧穴１４８の外側環状パターンは、図２１のプレー
ト１８６に示す状態と実質的に同一のままである。低圧穴の中央パターンをエン
ドプレート１８８から除くことにより、マニホルドの作用による中央入口ポート
又は出口オリフィスへの高圧ガスの流れが容易になると共に環状入口又は出口ポ
ートへの低圧ガスの流れが容易になる。これについては以下に説明する。
【００５１】 図２４は、図２１及び図２２に示すプレート１８６，１８６′及び図２３に示
すエンドプレートとともに用いられるのに適したスペーサ１９０を示している。
上述の標準型外側プロフィールを備える外側リング１９２に加えて、スペーサ１
９０は、３つの環状間仕切り１９４によって仕切られている。環状間仕切り１９
４は、隣り合うプレート１８６，１８６′に３つの環状のグループをなして設け
られた高圧穴１４６を包囲するように設計された３つの高圧室１９６を構成して
いる。複数の低圧室１９８が、環状間仕切り１９４と外側リング１９２との間に
設けられている。低圧室１９８は、隣り合うプレート１８６，１８６′に中央パ
ターン及び外側環状パターンをなして設けられた低圧穴１４８を全体として包囲
するように設計されている。環状間仕切り１９４は、高圧室１９６を低圧室１９
８から密封するのに十分な幅を有している。熱交換器の組立て及び積層後、スペ
ーサ１９０が隣り合うプレート１８６，１８６′間に位置した状態で、環状間仕
切り１９４は高圧室１９６を低圧室１９８から隔離して熱交換器を通る高圧通路
及び低圧通路を形成することが分かる。上述したように、この形態における高圧
通路は、熱交換器の長手方向軸線と実質的に同軸であり、低圧通路は、この軸線
に沿う中央領域及び高圧通路の外部に位置していてこれと実質的に同軸の外側環
状領域を有している。したがって、高圧ガスと低圧ガスの両方は、熱交換器を通
って実質的に軸方向に流れ、熱伝達は、熱交換器の軸線に対して実質的に横方向
であり、この場合、高圧通路から低圧通路の２つの領域に、内向き半径方向と外
向き半径方向の両方で生じる。
【００５２】 環状チャンネル２８２は、図１８のスペーサ中に示されているのとは異なり、
図２４のスペーサ中には示されていないが、本明細書で開示するスペーサのこれ
らの実施形態及び他の全ての実施形態は、一体形真空ジャケットを有する熱交換
器を形成するよう環状チャンネル２８２を同様に有するのがよいことは理解され
るべきである。環状チャンネル２８２は、プレート及びスペーサに設けられる場
合、図２０に示すエンドキャップ１５９と類似していて、単一の幅の広い外側リ
ングを有するエンドキャップが、一体形真空ジャケットを包囲するよう熱交換器
の各端部に用いられる。
【００５３】 図２５は、図２１及び図２２に示すプレート１８６，１８６′及び図２３に示
すエンドプレートとともに用いられるのに適したマニホルド２００を示している
。標準型外側プロフィールを備える外側リング２０２に加えて、マニホルド２０
０は、異形のリング状間仕切り２０４によって仕切られている。リング状間仕切
り２０４は、エンドプレート１８８の高圧穴１４６を包囲するように設計された
高圧室２０６を構成している。凹み２１０により、リング状間仕切り２０４は又
、エンドプレート１８８の低圧穴１４８を遮っている。複数の低圧室２０８が、
リング状間仕切り２０４と外側リング２０２との間に設けられている。低圧室２
０８は、エンドプレート１８８の低圧穴１４８を全体として包囲するよう設計さ
れている。リング状間仕切り２０４は、高圧室２０６を低圧室２０８から密封す
るのに十分な幅を有している。熱交換器の組立て及び積層後、スペーサ１９０が
隣り合うプレート１８６，１８６′相互間に位置し、エンドプレート１８８が各
端部に取り付けられ、しかもマニホルド２００がエンドプレート１８８の外部に
位置した状態で、リング状間仕切り２０４は、マニホルド作用により高圧通路を
中央の場所に連結し、低圧通路を外側環状の場所に連結することが分かる。これ
により、熱交換器の端部のところでの中央入口ポート又は出口オリフィスへの高
圧ガスの流れの連結が可能になり、しかも環状入口又は出口ポートへの低圧ガス
の流れの連結が可能になる。これについては以下に説明する。
【００５４】 図２６及び図２７は、熱交換プレート２１２，２１２′の第５の形態を示して
いる。各プレート２１２，２１２′は、同軸低圧ガス通路を形成するよう低圧穴
１４８の環状パターンと共に中央に配置された低圧穴１４８のパターンを有して
いる。各プレート２１２，２１２′は、高圧ガス通路を形成するよう高圧穴１４
６のパターンを更に有している。これら高圧穴１４６は、低圧穴１４８の中央パ
ターンと環状パターンと同軸に且つこれらの間にサンドイッチされた状態で３つ
の丸いグループをなして設けられている。この形態における高圧通路は、熱交換
器の長手方向軸線に実質的に平行な３つ領域をなし、低圧通路は、この軸線に沿
う中央領域及び高圧通路と実質的に同軸状である外側環状領域を有している。し
たがって、高圧ガスと低圧ガスの両方は、熱交換器を通って実質的に軸方向に流
れ、熱伝達は、熱交換器の軸線に対して実質的に横方向であり、この場合、高圧
通路から低圧通路の２つの領域に、内向き半径方向と外向き半径方向の両方で生
じる。プレート２１２，２１２′は、先ず最初にシート１５３から形成されると
、複数の細長いストラット１４９によってシート１５３から支持される。複数の
開放ボイド１５１が、プレート２１２，２１２′とシート１５３との残部との間
で各プレート２１２，２１２′を包囲している。
【００５５】 プレート２１２′の高圧穴１４６の３つのグループはプレート２１２の高圧穴
１４６の３つのグループと全体として整列することが分かる。しかしながら、プ
レート２１２′の３つのグループは各々、プレート２１２の高圧穴１４６の対応
のグループに対して３０°の角度をなして配向している。これにより、プレート
２１２の３つのグループの各高圧穴１４６はその隣のプレート２１２′の高圧穴
１４６と実質的に整列しないようになる。３つのグループの各々の相対的な角度
の向きは様々であってよいが、高圧ガスがプレート２１２からその隣のプレート
２１２′に流れるとき、或いはその逆に流れる時に層流ではなく乱流を生じさせ
るほどのものでなければならない。同様に、プレート２１２′の低圧穴１４８の
外側環状パターンは、プレート２１２の低圧穴１４８の外側環状パターンに対し
て３０°の角度をなして配向している。これにより、プレート２１２の外側環状
パターンの各低圧穴１４８はその隣のプレート２１２′の低圧穴１４８と実質的
に整列しないようになる。外側環状パターンのこの相対的な角度の向きは様々で
あってよいが、高圧ガスがプレート２１２からその隣のプレート２１２′に流れ
るとき、或いはその逆に流れる時に層流ではなく乱流を生じさせるほどのもので
なければならない。他方、プレート２１２′の低圧穴１４８の中央パターンはプ
レート２１２の低圧穴１４８の中央パターンと全体として整列する。しかしなが
ら、プレート２１２′の中央パターンは、個々の穴を実質的に不整列状態にする
ようその隣のプレート２１２の中央パターンとは異なる形状をしていて、低圧ガ
スの乱流を促進する。この乱流状態の低圧ガスの流れは、３つの高圧グループの
周りにおける高圧ガスからプレート２１２，２１２′への熱伝達を促進し、乱流
状態の低圧ガスの流れは、中央領域及び外側環状領域におけるプレート２１２，
２１２′から低圧ガスへの熱伝達を促進する。
【００５６】 図２１及び図２２に示すプレートの形態と同様、図２６及び図２７に示す形態
では、熱交換器の２つの端部への連結を容易にするための専用のエンドプレート
が必要になる。図２８は、かかるエンドプレート２１４を示している。エンドプ
レート２１４には、低圧穴の中央パターンが設けられておらず、これに対し高圧
穴１４６のパターン及び低圧穴の中央環状パターンは、図２６のプレート２１２
に示す状態と実質的に同一のままである。低圧穴の中央パターンをエンドプレー
ト２１４から除くことにより、マニホルドの作用による中央入口ポート又は出口
オリフィスへの高圧ガスの流れが容易になると共に環状入口又は出口ポートへの
低圧ガスの流れが容易になる。これについては以下に説明する。
【００５７】 図２９は、図２６及び図２７に示すプレート２１２，２１２′に用いられるの
に適したスペーサ２１６を示している。本質的に標準型外側プロフィール１５９
である外側リング２１８に加えて、スペーサ２１６は、３つの円形間仕切り２２
０によって仕切られている。円形間仕切り２２０は、隣り合うプレート２１２，
２１２′に３つの丸いグループをなして設けられた高圧穴１４６を包囲するよう
に設計された３つの高圧室２２２を構成している。複数の低圧室２２４が、円形
間仕切り２２０と外側リング２１８との間に設けられている。低圧室２２４は、
隣り合うプレート２１２，２１２′に中央パターン及び外側環状パターンをなし
て設けられた低圧穴１４８を全体として包囲するように設計されている。円形間
仕切り２２０は、高圧室２２２を低圧室２２４から密封するのに十分な幅を有し
ている。熱交換器の組立て及び積層後、スペーサ２１６が隣り合うプレート２１
２，２１２′間に位置した状態で、円形間仕切り２２０は高圧室２２２を低圧室
２２４から隔離して熱交換器を通る高圧通路及び低圧通路を形成することが分か
る。上述したように、この形態における高圧通路は、熱交換器の長手方向軸線と
実質的に平行な３つの領域をなし、低圧通路は、この軸線に沿う中央領域及び高
圧通路と実質的に同軸の外側環状領域を有している。したがって、高圧ガスと低
圧ガスの両方は、熱交換器を通って実質的に軸方向に流れ、熱伝達は、熱交換器
の軸線に対して実質的に横方向であり、この場合、高圧通路から低圧通路の２つ
の領域に、内向き半径方向と外向き半径方向の両方で生じる。
【００５８】 図３０は、図２６及び図２７に示すプレート２１２，２１２′及び図２８に示
すエンドプレート２１４とともに用いられるのに適したマニホルド２２６を示し
ている。標準型外側プロフィールを備える外側リング２２８に加えて、マニホル
ド２２６は、異形の間仕切り２３０によって仕切られている。間仕切り２３０は
、エンドプレート２１４の高圧穴１４６を包囲するように設計された高圧室２３
２を構成し、エンドプレート２１４の低圧穴１４８を遮っている。複数の低圧室
２３４が、間仕切り２３０と外側リング２２８との間に設けられている。低圧室
２３４は、エンドプレート２１４の低圧穴１４８を全体として包囲するよう設計
されている。間仕切り２３０は、高圧室２３２を低圧室２３４から密封するのに
十分な幅を有している。熱交換器の組立て及び積層後、スペーサ２１６が隣り合
うプレート２１２，２１２′相互間に位置し、エンドプレート２１４が各端部に
取り付けられ、しかもマニホルド２２６がエンドプレート２１４の外部に位置し
た状態で、間仕切り２３０は、マニホルド作用により高圧通路を中央の場所に連
結し、低圧通路を外側環状の場所に連結することが分かる。これにより、熱交換
器の端部のところでの中央入口ポート又は出口オリフィスへの高圧ガスの流れの
連結が可能になり、しかも環状入口又は出口ポートへの低圧ガスの流れの連結が
可能になる。これについては以下に説明する。
【００５９】 図３１及び図３２は、図８及び図９に示す形態と幾分類似した仕方で働く熱交
換プレート２３６，２３６′の第６の形態を示している。各プレート２３６，２
３６′は、高圧ガス通路を形成するよう高圧穴１４６の実質的に三角形パターン
を有している。各プレート２３６，２３６′は、低圧ガス通路を形成するよう低
圧穴１４８の実質的に三角形パターンを更に有している。高圧穴と低圧穴のパタ
ーンは、プレート２３６，２３６′の別々の半部に設けられている。プレート２
３６，２３６′は、先ず最初にシート１５３から形成されると、複数の細長いス
トラット１４９によってシート１５３から支持される。複数の開放ボイド１５１
が、プレート２３６，２３６′とシート１５３との残部との間で各プレート２３
６，２３６′を包囲している。
【００６０】 プレート２３６′の高圧穴１４６のパターンは、プレート２３６の高圧穴１４
６のパターンから全体的に９０°回転させたものであり、高圧穴１４６は図３１
で見て左側に且つ図３２で見て底部に位置することが分かる。さらに、使用され
る上述の２つの追加の互いに類似したプレートに関し、一つは、左側に低圧穴１
４８の三角形パターンを有している点を除きプレート２３６と同一であり、一つ
は、底部に低圧穴１４８の三角形パターンを有している点を除きプレート２３６
′と同一である。その結果、低圧通路は又、熱交換器の軸線に対して本質的に横
方向に延び、流れはこの場合も又、平らな渦巻き状である。これにより、プレー
ト２３６の各低圧穴１４８はその隣のプレート２３６′の低圧穴１４８と整列し
ないようになる。隣り合うプレートの低圧パターンのこの相対的な角度の向きは
様々であってよいが、低圧ガスがプレート２３６からその隣のプレート２３６′
に流れるとき、或いはその逆に流れる時に層流ではなく横方向の乱流を生じさせ
るほどのものでなければならない。
【００６１】 この横方向乱流状態の高圧ガスの流れは、他方の側に低圧ガスを有する隣り合
うプレート２３６，２３６′の整列状態にある盲状四分円部分への高圧ガスから
の熱伝達を促進し、横方向乱流状態の低圧ガスの流れは、他方の側に低圧ガスを
有する隣り合うプレート２３６，２３６′の整列状態にある盲状四分円部分への
低圧ガスからの熱伝達を促進する。 図３３及び図３４は、ガスの流れを上述の高圧及び低圧渦巻パターンに差し向
けるために２つの上述の追加の類似のプレートと共に図３１及び図３２に示すプ
レート２３６，２３６′とともに用いられるのに適したスペーサ２３８，２３８
′を示している。標準型外側プロフィールを備えた外側リング２４０に加えて、
スペーサ２３８，２３８′は、実質的に真っ直ぐな間仕切り２４２，２４２′に
よって仕切られている。間仕切り２４２，２４２′は、高圧室２４４を低圧室２
４６から仕切っている。スペーサ２３８は、プレート２３６とプレート２３６′
の間に積層状態にされており、スペーサ２３８′は、プレート２３６′と、プレ
ート２３６と同一の第１の追加のプレートとの間に積層状態にされている。最後
に、別スペーサ２３８が、第１の追加のプレートと、プレート２３６′と同一の
第２の追加のプレートとの間に積層状態にされている。
【００６２】 スペーサ２３８の高圧室２４４は、プレート２３６の高圧パターンを包囲し、
高圧ガスの流れを図で見て反時計回りに差し向ける。同様に、スペーサ２３８の
低圧室２４６は、プレート２３６の低圧パターンを包囲し、低圧ガスの流れを図
で見て反時計回りに差し向ける。さらに、スペーサ２３８′の高圧室２４４は、
プレート２３６′の高圧パターンを包囲し、高圧ガスの流れを図で見て反時計回
りに差し向ける。同様に、スペーサ２３８′の低圧室２４６は、プレート２３６
′の低圧パターンを包囲し、低圧ガスの流れを図で見て反時計回りに差し向ける
。
【００６３】 熱交換器の組立て及び積層中、プレートとスペーサのこの連続配置状態の繰り
返し及び間仕切り２４２，２４２′の回転配向の結果として、渦巻き状態の一連
の高圧室２４４を通る高圧ガスの流れが生じ、それにより熱交換器を通る渦巻状
の高圧通路が形成されることが分かる。同様に、間仕切り２４２，２４２′の回
転配向の結果として、渦巻き状態の一連の低圧室２４６を通る低圧ガスの流れが
生じ、それにより熱交換器を通る渦巻状の低圧通路が形成される。したがって、
高圧ガスと低圧ガスは両方とも、熱交換器内を実質的に横方向に渦巻パターンで
流れ、熱交換は、隣り合うプレート２３６，２３６′の盲状四分円部分を介して
実質的に軸線に平行に生じる。
【００６４】 上述の他の形態のうち幾つかと同様、図３１及び図３２に示す形態では、熱交
換器の２つの端部への連結を容易にするための専用のエンドプレートが必要にな
る。図３５は、かかるエンドプレート２４８を示している。エンドプレート２４
８には、低圧穴の三角形パターンの中央部分が設けられておらず、それによりこ
れを部分環状パターンに変えており、これに対し高圧穴１４６の三角形パターン
は、図３１及び図３２のプレート２３６，２３６′に示す状態と本質的に同一の
ままである。低圧穴１４８の三角形パターンの中央部分をエンドプレート２４８
から除くことにより、マニホルドの作用による中央入口ポート又は出口オリフィ
スへの高圧ガスの流れが容易になると共に環状入口又は出口ポートへの低圧ガス
の流れが容易になる。これについては以下に説明する。
【００６５】 図３６は、図３１及び図３２に示すプレート２３６，２３６′及び図３５に示
すエンドプレート２４８とともに用いられるのに適したマニホルド２５０を示し
ている。本質的に標準型外側プロフィールを備える外側リング２５２に加えて、
マニホルド２５０は、半円形の間仕切り２５４によって仕切られている。間仕切
り２５４は、エンドプレート２４８の高圧穴１４６を包囲するように設計された
高圧室２３２を構成し、エンドプレート２４８の低圧穴１４８を遮っている。間
仕切り２５４の他方の側には低圧室２５８が設けられている。低圧室２５８は、
エンドプレート２４８の低圧穴１４８を全体として包囲するよう設計されている
。熱交換器の組立て及び積層後、スペーサ２３８，２３８′が隣り合うプレート
２３６，２３６′相互間に位置し、エンドプレート２４８が各端部に取り付けら
れ、しかもマニホルド２５０がエンドプレート２４８の外部に位置した状態で、
間仕切り２５４は、マニホルド作用により高圧通路を中央の場所に連結し、低圧
通路を外側の部分的に環状の場所に連結することが分かる。これにより、熱交換
器の端部のところでの中央入口ポート又は出口オリフィスへの高圧ガスの流れの
連結が可能になり、しかも環状入口又は出口ポートへの低圧ガスの流れの連結が
可能になる。これについては以下に説明する。
【００６６】 さらに説明すると、図３７は、プレート１４２又は１４２′上に重ね合わされ
たスペーサ１７６を示している。図３８は、プレート１８６又は１８６′上に重
ね合わされたスペーサ１９０を示している。図３９は、プレート２１２上に重ね
合わされたスペーサ２１６を示している。図４０は、プレート２３６′上に重ね
合わされたスペーサ２３８′を示し、高圧穴の別の形態を有している。
【００６７】 図４１は、適当なエンドプレート及びマニホルドと連携して、図４及び図５、
図１６及び図１７、図２１及び図２２、又は図２６及び図２７に示す形態の熱交
換プレートとともに用いられるのに適したオリフィスプレート２６０を示してい
る。中央開口部２６２が、適当な直径を有していて、ジュール・トムソン式オリ
フィスとしての役目を果たすことができる。外側の環状開口部２６４は、適当な
外径部２６６及び内径部２６８を備えていて、入口低圧ポートとしての役目を果
たすことができる。オリフィスプレート２６０の外径部２７０は、熱交換プレー
ト、スペーサ、エンドプレート及びマニホルドの外径部と整列する。
【００６８】 図４２は、適当なエンドプレート及びマニホルドと連携して、図８及び図９、
又は図３１及び図３２に示す形態の熱交換プレートとともに用いられるのに適し
たオリフィスプレート２７２を示している。中央開口部２７４が、適当な直径を
有していて、ジュール・トムソン式オリフィスとしての役目を果たすことができ
る。外側の環状開口部２７６が、適当な外径部２７８及び内径部２８０を備えて
いて、入口低圧ポートとしての役目を果たすことができる。オリフィスプレート
２７２の外径部２８４は、熱交換プレート、スペーサ、エンドプレート及びマニ
ホルドの外径部と整列する。 本発明の熱交換器は、平らでなく、具体的には円筒形の超小形熱交換器である
。これは、写真平版法及び拡散接合法によって作られる。これにより、熱交換を
助ける上述の多数のデザイン及び複雑なパターンの作製が可能になる。加うるに
、多数の小型熱交換器を、一度にエッチングして製造でき、多量の完全なユニッ
トが得られる。さらに、高圧ガスライン及び低圧ガスラインを熱交換器に連結す
るのに必要な構成部品を、この製造工程中に組み込むことができ、それにより製
作が簡単になると共に精度が向上する。連結用構成部品の高精度の製作は、熱交
換器が小形であって閉塞を生じさせたり、或いは漏れの経路を作る恐れがあるの
で重要である。最後に、ジュール・トムソン式オリフィス又は機械的インピーダ
ンス構成部品を、この製造工程中に組み込んでもよく、この場合もまた製作が単
純になると共に精度が一層向上する。
【００６９】 本発明の熱交換器は本質的には、銅プレートとステンレス鋼スペーサを交互に
配置してエッチングにより適当なパターンを施した積層ユニットである。エッチ
ングは、シートをフォトレジスト材料の薄膜で被覆することにより実施される。
これは、液体の形態のシート又は薄い中実層の形態のシートにも適用できる。所
望のエッチングパターンを有するアートワークをＣＡＤソフトウエアを用いて作
る。このアートワークを用いてレーザフォトツールを駆動してこれによりパター
ンをフォトレジスト被覆シート上に再現する。このパターンをネガの像又はポジ
の像として作ることができる。フォトツールからのレーザ光は、フォトレジスト
被膜と相互作用して被膜を金属シートに結合し、被覆された領域を当該技術分野
で知られているエッチング用化学薬品による劣化から保護する。次に、シートを
、保護されていない金属を溶解し、エッチング用化学薬品内で洗浄して適当なパ
ターンを後に残す。
【００７０】 熱交換器の性能における２つの制限要因は、熱交換に利用できる表面積と流体
が熱交換器を通っているときに生じる圧力降下である。穴の大きさ、プレートの
数及び外径は全て圧力降下及び表面積に影響を及ぼす。圧力降下を最小限にする
と共に表面積を最大限にすることが重要である。小さくて数多くの穴を用いると
、表面積が多くなるが、これにより圧力降下が大きくなる。最適の穴の大きさ及
び圧力降下を最終的に決定して冷却能力を最大限に高めるためには用途毎に実験
をする必要がある。
【００７１】 図４３は、単一のシート又は層３００を示しており、この層は、複数の積層サ
ブアセンブリを含む積層メイン組立体を形成するよう他の層に積層され、各積層
サブアセンブリは単一の熱交換器を構成する。積層及び接合後、サブアセンブリ
をメイン組立体から分離する。図示の層３００は、熱交換プレート及びエンドプ
レートの銅シート１５３又はスペーサ及びマニホルドのステンレス鋼シート１５
５を表わすことができる。例えば、心臓組織の経管切除法に適した熱交換器を製
作するために、５０ミクロンの高圧穴及び８０ミクロンの低圧穴を備えた熱交換
プレート３０２又はエンドプレートをエッチングにより図４３に示すように無酸
素銅シート１５３に形成する。シート１５３の厚さは０．００２インチ（約０．
０５１mm）である。各プレート３０２は、例えば図１６に示すようにプレートの
縁部からシート１５３に延びる細いストラット１４９によりシート１５３へのそ
の取付け状態を保つ。ストラット１４９は、プレート３０２及びシート１５３へ
のこれらの取付け箇所のところで細くなっており、それによりシート１５３から
の取り除きのために折れやすくなっている。互いに異なる圧力状態にある互いに
異なるガス混合物の流れを最適化するために穴の大きさを種々のものにするのが
よい。穴の大きさ及びシートの厚さもまた、表面積を最適化するために種々のも
のにするのがよい。
【００７２】 同様に、エッチングによりスペーサ、オリフィスプレート又はマニホルド３０
３をステンレス鋼シート１５５上に設ける。最終組立て工程では、スペーサ３０
３は隣り合う銅プレート３０２を互いに分離する。プレート３０２と同様に、ス
ペーサ、オリフィスプレート及びマニホルド３０３は、これらをシート１５５に
取り付けるストラット１４９を有している。これらストラット１４９もまた、プ
レート３０３又はシート１５５へのこれらの取付け箇所のところで細くなってお
り、それによりシート１５５からの取り除きのために折れやすくなっている。こ
の場合も又、多数の銅プレート３０２及びスペーサ３０３を単一のシート１５３
，１５５から作ってもよい。種々の設計のプレート３０２をエッチングにより単
一の銅シート１５３に設けてもよく、或いは種々の設計のスペーサ、マニホルド
、エンドキャップ又はオリフィスプレート３０３をエッチングにより単一のステ
ンレス鋼シート１５５に設けてもよい。実線３０４又は破線３０６は、シート３
００を互いに異なる設計のセグメントの状態に分割することができる２つの方法
を示している。
【００７３】 熱交換が半径方向に生じる上述の形態では、高圧通路を分割し、これを半径方
向に移動させて低圧通路に近接させることにより或る程度の熱抵抗を克服するこ
とができる。この原理は、図２１、図２２、図２６及び図２７に示す形態に示さ
れている。熱交換器は高圧ラインと低圧ラインを分離するよう連結されなければ
ならないので、銅製エンドプレート及びステンレス鋼製マニホルドを熱交換器の
うち幾つかの入口に用いる必要がある。これにより、熱交換器に出入りする際の
高圧ガスと低圧ガスの混合が防止される。
【００７４】 フォトエッチング後、ステンレス鋼シート１５５と銅製シート１５３を交互に
（例えば各々５０枚）互いの上に積み重ねる。シート１５３，１５５を互いに拡
散接合して長さが０．５cm〜１．５cm、直径が０．２５mmの複数の熱交換器を形
成する。銅プレートのシートとステンレス鋼スペーサのシートを交互に配置する
ことにより、軸方向熱交換が減少し、これに対して半径方向の熱交換が促進され
る。上述したように必要な場合には、銅製エンドプレートのシートを組立体の各
端部のところに配置し、ステンレス鋼製マニホルドのシートをエンドプレートの
各シートの外部上に配置する。オリフィスプレートのシートを最後のシートとし
て組立体の一端に追加し、マニホルドのシートを最後のシートとして他端部に残
す。銅プレートを介在させないで２５〜５０個のステンレス鋼製マニホルドを積
み重ねることにより、高圧ガスライン及び低圧ガスラインのコネクタを製造する
のがよい。
【００７５】 シート３００を、これらシートの２又は３以上の組をなす整列穴３０８，３１
５を互いに整列させるセラミック製のピン上に積み重ねて、シート３００の所望
の向きを維持し、それにより各熱交換器サブアセンブリの精密な整列状態を維持
する。金属シート３００の組立体は、セラミックプレート相互間にサンドイッチ
され、これらセラミック製プレートは黒鉛ブロック相互間にサンドイッチされて
いる。セラミック製プレートは、金属シート３００と黒鉛ブロックの接合を防止
する。黒鉛ブロックは、拡散接合中、組立体の端部に加えられた重量を均等に分
散させる。
【００７６】 拡散接合を９２５℃〜１０１０℃に加熱された炉内で実施する。シートがいっ
たんこの温度に達すると、これを当該技術分野で知られている慣行にしたがって
３０分〜２時間の間維持する。接合具合を向上させるために組立て前にプレート
を無電解ニッケル溶液で電気メッキするのがよいが、これを行うかどうかは任意
である。２５０psi 〜１０００psi の圧力を生じさせるために接合中、重量を組
立体の最上部に加える。温度及び重量を変動させることにより接合具合を最適化
することができ、低い温度では一層大きな重量が必要であり、高い温度では重量
をそれほど必要としない。加うるに、組立体をキャニスタ内で真空シールし、熱
間等方圧プレス法を用いて接合するのがよい。また、積重ね体に真空を及ぼすと
、環状チャンネル２８２が設けられている場合にはこれによって形成される真空
ジャケットを排気でき、それにより熱交換器の最適断熱状態を得ることができる
。
【００７７】 最後に、図１２及び図１３に示すような円筒形熱交換器を異なる製造法で作る
ことができる。この構成例では、チャンネルをフォトエッチング法により平らな
金属又はプラスチック状に形成し、次にシートを円筒形の形に巻くことによりチ
ャンネルを形成する。熱交換器は、長さが５〜１０mmであり、全幅が２０〜４０
mmに及ぶ幅１０〜１５ミクロンのチャンネルを必要とするであろう。これにより
、毎分２〜４リットルのガス流量を扱い、効率上の要件を満足するのに十分な表
面積が得られる。絞りオリフィス又はジュール・トムソン弁を流入管の端部で箔
上にフォトエッチングしてもよい。
【００７８】 本明細書において詳細に図示・説明した本発明は、上述の目的を完全に達成で
きると共に上述の利点を奏するものであるが、開示内容は、本発明の現時点にお
いて好ましい実施形態の例示に過ぎず、請求の範囲の記載されている技術的限定
以外の限定を意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の熱交換器を組み込んだ冷凍システムで用いられる選択されたガス混合
物についてのエンタルピーと温度の関係を表すグラフ図である。
【図２】 本発明を具体化した小形冷凍システムの一実施形態の斜視図である。
【図３】 図２に示す冷凍システムの冷凍外科プローブ部分の末端部の部分断面図である
。
【図４】 本発明の超小形熱交換器の第１の実施形態で用いられる熱交換プレートの第１
の形態の立面図である。
【図５】 第１の実施形態で用いられる熱交換プレートの第２の形態の立面図であり、図
４に示す配向状態とは異なる角度的配向状態の穴を示す図である。
【図６】 本発明の超小形熱交換器の第１の実施形態で用いられる一スペーサの立面図で
ある。
【図７】 本発明の超小形熱交換器の第２の実施形態で用いられるスペーサの立面図であ
る。
【図８】 本発明の超小形熱交換器の第２の実施形態で用いられるプレートの第１の形態
の立面図である。
【図９】 本発明の超小形熱交換器の第２の実施形態で用いられるプレートの第２の形態
の立面図であり、高圧ポートと低圧ポートの配向状態の違いを示す図である。
【図１０】 本発明の超小形熱交換器の第２の実施形態で用いられるプレートとスペーサの
一連の立面図であり、供給ガス混合物及び戻りガス混合物の流れを示す図である
。
【図１１】 図１０に示す複数のプレートとスペーサの断面図であり、供給ガス混合物及び
戻りガス混合物の流れを示す図である。
【図１２】 本発明の超小形熱交換器の第３の実施形態を最終の造形工程前の状態で示す斜
視図である。
【図１３】 最終造形工程後の図１２に示す熱交換器の斜視図である。
【図１４】 本発明で用いられる冷凍外科用プローブの末端部の第２の実施形態の部分断面
図であり、幅の狭い細長い伝熱要素を示す図である。
【図１５】 図１４の１５−１５線におけるプローブの末端部の第２の実施形態の断面図で
ある。
【図１６】 本発明の熱交換器の第３の実施形態で用いられる熱交換プレートの一形態の立
面図である。
【図１７】 本発明の熱交換器の第３の実施形態で用いられる熱交換プレートの別の一形態
の立面図である。
【図１８】 本発明の第３の実施形態で用いられるスペーサの立面図であり、図１６及び図
１７に示すプレートを用いている図である。
【図１９】 本発明の熱交換器の製作中におけるプレート及びスペーサをこれらのそれぞれ
のシートに連結するのに用いられるストラット又は支柱の立面図である。
【図２０】 図１６及び図１７に示すプレート及び図１８に示すスペーサに用いられるエン
ドキャップの立面図である。
【図２１】 本発明の熱交換器の第４の実施形態で用いられる熱交換プレートの立面図であ
る。
【図２２】 本発明の熱交換器の第４の実施形態で用いられる熱交換プレートの立面図であ
る。
【図２３】 図２１及び図２２に示すプレートに用いられるエンドプレートの立面図である
。
【図２４】 図２１及び図２２に示すプレートに用いられるスペーサの立面図である。
【図２５】 図２１及び図２２に示すプレートに用いられるエンドマニホルドの立面図であ
る。
【図２６】 本発明の熱交換器の第５の実施形態で用いられる熱交換プレートの立面図であ
る。
【図２７】 本発明の熱交換器の第５の実施形態で用いられる熱交換プレートの立面図であ
る。
【図２８】 図２６及び図２７に示すプレートに用いられるエンドプレートの立面図である
。
【図２９】 図２６及び図２７に示すプレートに用いられるスペーサの立面図である。
【図３０】 図２６及び図２７に示すプレートに用いられるエンドマニホルドの立面図であ
る。
【図３１】 本発明の熱交換器の第６の実施形態で用いられる熱交換プレートの立面図であ
る。
【図３２】 本発明の熱交換器の第６の実施形態で用いられる熱交換プレートの立面図であ
る。
【図３３】 図３１及び図３２に示すプレートに用いられるスペーサの立面図である。
【図３４】 図３１及び図３２に示すプレートに用いられるスペーサの立面図である。
【図３５】 図３１及び図３２に示すプレートに用いられるエンドプレートの立面図である
。
【図３６】 図３１及び図３２に示すプレートに用いられるエンドマニホルドの立面図であ
る。
【図３７】 図１６又は図１７のプレート上に重ね合わされた図２０のスペーサの立面図で
ある。
【図３８】 図２１又は図２２のプレート上に重ね合わされた図２４のスペーサの立面図で
ある。
【図３９】 図２６又は図２７のプレート上に重ね合わされた図２９のスペーサの立面図で
ある。
【図４０】 図３２のプレート上に重ね合わされた図３４のスペーサの立面図である。
【図４１】 図１６及び図１７、図２１及び図２２、又は図２６及び図２７の熱交換プレー
トに用いることができるオリフィスプレートの立面図である。
【図４２】 図３１及び図３２の熱交換プレート用いることができるオリフィスプレートの
立面図である。
【図４３】 本発明の熱交換器の製作に用いられるシート状の熱交換プレート、スペーサ，
エンドプレート又はマニホルドの立面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドバーク ジョン ディー ザ サード アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92014 デル マー カミノ デル マー 2707 (72)発明者 ラーデボー レイ アメリカ合衆国 コロラド州 80027 ル イスヴィル ゴーラム コート 335 (72)発明者 マーカード エリック ディー アメリカ合衆国 コロラド州 80215 レ イクウッド ウェスト イレヴンス アベ ニュー 9621

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 極低温プローブ内で熱を高圧ガス流から低圧ガス流に伝達す
    る超小形熱交換器であって、熱伝導性材料でできた複数のプレートから成る積層
    組立体と、前記積層組立体を貫通した高圧通路と、実質的に前記高圧通路の横に
    位置した状態で前記積層組立体を貫通した低圧通路とを有し、前記高圧通路は、
    極低温ガス供給源に連結可能な入口ポート及びガス膨張要素の入口に連結可能な
    出口ポートを有し、前記低圧通路は、ガス膨張要素の出口に連結可能な入口ポー
    ト及び出口ポートを有し、前記高圧通路の前記入口ポートから出口ポートへの流
    れの方向は、前記低圧通路の前記入口ポートから出口ポートへの流れの方向と実
    質的に逆であり、各前記通路は、これを通る極低温ガスの乱流を確実に生じさせ
    るようにするために曲がりくねった流路を形成するよう配置されていることを特
    徴とする超小形熱交換器。
  2. 【請求項２】 前記複数のプレートは、細長い積層組立体を形成するよう長
    手方向軸線に沿って積重ね状態に積層され、前記高圧通路は、各前記プレートを
    貫通した第１の複数の穴を有し、前記低圧通路は、各前記プレートを貫通した第
    ２の複数の穴を有していることを特徴とする請求項１記載の超小形熱交換器。
  3. 【請求項３】 任意の一つの前記プレートの前記第１の複数の穴は、前記高
    圧通路のうちかなりの部分が前記熱交換器の前記長手方向軸線に対して横方向に
    向くようになるほど、隣の前記プレートの前記第１の複数の穴から十分に横方向
    にずれており、任意の一つの前記プレートの前記第２の複数の穴は、前記低圧通
    路のうちかなりの部分が前記熱交換器の前記長手方向軸線に対して横方向に向く
    ようになるほど、隣の前記プレートの前記第２の複数の穴から十分に横方向にず
    れており、前記高圧通路から前記低圧通路への熱の伝達は、前記長手方向軸線に
    実質的に平行であることを特徴とする請求項２記載の超小形熱交換器。
  4. 【請求項４】 隣り合うプレートの前記第１の複数の穴と前記第２の複数の
    穴は、各前記通路が、前記熱交換器の前記長手方向軸線に実質的に平行であるよ
    うに配置されており、前記高圧通路から前記低圧通路への熱の伝達は、前記長手
    方向軸線に対して実質的に横方向であることを特徴とする請求項２記載の超小形
    熱交換器。
  5. 【請求項５】 隣り合う前記プレートの各対の間に高圧流体室と低圧流体室
    を形成するよう前記プレートの間に一つ置きに積層された複数のスペーサを更に
    有することを特徴とする請求項２記載の超小形熱交換器。
  6. 【請求項６】 各前記スペーサは、前記高圧流体室を前記低圧流体室から仕
    切る間仕切りを有していることを特徴とする請求項５記載の超小形熱交換器。
  7. 【請求項７】 前記スペーサの前記間仕切りは、前記高圧流体室を互いに整
    列させると共に前記低圧流体室を互いに整列させ、それにより各前記通路を前記
    熱交換器の前記長手方向軸線に実質的に平行に差し向けるように位置決めされて
    いることを特徴とする請求項６記載の超小形熱交換器。
  8. 【請求項８】 前記スペーサの前記間仕切りは、隣り合う前記高圧流体室を
    互いに横方向にずらすと共に隣り合う前記低圧流体室を互いに横方向にずらし、
    それにより各前記通路のかなりの部分を前記熱交換器の前記長手方向軸線に対し
    て実質的に横方向に差し向けるように位置決めされていることを特徴とする請求
    項６記載の超小形熱交換器。
  9. 【請求項９】 前記プレートは、互いに積層され、長手方向軸線の周りに巻
    かれて円筒形積層組立体を形成し、前記高圧通路は、第１の前記プレートに形成
    された第１のチャンネルから成り、前記低圧通路は、第２の前記プレートに形成
    された第２のチャンネルから成ることを特徴とする請求項１記載の超小形熱交換
    器。
  10. 【請求項１０】 前記積層組立体の各前記通路のかなりの部分は、前記長手
    方向軸線に平行であり、前記高圧通路の各前記部分は、前記低圧通路の前記部分
    の一つに隣接し、前記高圧通路から前記低圧通路への熱の伝達は、前記長手方向
    軸線に対して実質的に半径方向であることを特徴とする請求項２記載の超小形熱
    交換器。
  11. 【請求項１１】 実質的に環状のチャンネルを前記プレート内に形成するこ
    とにより前記熱交換器内に一体的に形成された実質的に環状の断熱ジャケットを
    更に有し、前記実質的に環状のチャンネルは、前記高圧通路及び前記低圧通路か
    ら半径方向外方に設けられており、前記環状の断熱ジャケットは、排気されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の超小形熱交換器。
  12. 【請求項１２】 極低温プローブ内で熱を高圧ガス流から低圧ガス流に伝達
    する超小形熱交換器であって、平らなプレートと平らなスペーサを交互に積み重
    ねて構成された軸方向積層組立体と、前記積層組立体を貫通する高圧通路を形成
    するよう前記プレートを貫通して形成された第１の複数の穴と、前記積層組立体
    を貫通する低圧通路を形成するよう前記プレートを貫通して形成された第２の複
    数の穴とを有し、前記プレートの前記高圧通路の各前記穴は、隣の各前記プレー
    トの対応の穴から横方向にずれていて、極低温ガスの乱流を生じさせるよう曲が
    りくねった高圧流路を形成し、前記プレートの前記低圧通路の各前記穴は、隣の
    各前記プレートの対応の穴から横方向にずれていて、極低温ガスの乱流を生じさ
    せるよう曲がりくねった低圧流路を形成し、前記超小形熱交換器は更に、前記積
    層組立体内に実質的に環状の断熱ジャケットを一体的に形成するよう各前記プレ
    ート及び各前記スペーサを貫通して形成された実質的に環状のチャンネルを有し
    、前記高圧通路の前記入口ポートから前記出口ポートへの流れの方向は、前記低
    圧通路の前記入口ポートから前記出口ポートへの流れの方向とは実質的に逆であ
    ることを特徴とする超小形熱交換器。
  13. 【請求項１３】 任意の一つの前記プレートの各前記高圧穴は、前記高圧通
    路のうちかなりの部分が前記熱交換器の前記長手方向軸線に対して横方向に向く
    ようになるほど、隣の前記プレートの前記高圧穴から十分に横方向にずれており
    、任意の一つの前記プレートの前記低圧穴は、前記低圧通路のうちかなりの部分
    が前記熱交換器の長手方向軸線に対して横方向に向くようになるほど、隣の前記
    プレートの前記低圧穴から十分に横方向にずれており、前記高圧通路から前記低
    圧通路への熱の伝達は、前記長手方向軸線に実質的に平行であることを特徴とす
    る請求項１２記載の超小形熱交換器。
  14. 【請求項１４】 前記第１の複数の穴は、前記プレートの各々の中央部分を
    貫通して形成され、前記第２の複数の穴は、前記プレートの各々の前記中央部分
    の周りに実質的に環状のパターンをなして形成されていて、各前記通路が前記熱
    交換器の長手方向軸線に実質的に平行になるようになっており、前記高圧通路か
    ら前記低圧通路への熱の伝達は、前記長手方向軸線に対して実質的に横方向であ
    ることを特徴とする請求項１２記載の超小形熱交換器。
  15. 【請求項１５】 前記スペーサは、隣り合う前記プレートの各対の間に高圧
    流体室と低圧流体室を形成し、前記実質的に環状のチャンネルは、高圧流体室及
    び前記低圧流体室から半径方向外方に設けられていることを特徴とする請求項１
    ２記載の超小形熱交換器。
  16. 【請求項１６】 各前記スペーサは、前記高圧流体室を前記低圧流体室から
    仕切る間仕切りを有していることを特徴とする請求項１５記載の超小形熱交換器
    。
  17. 【請求項１７】 前記スペーサの前記間仕切りは、前記高圧流体室を互いに
    整列させると共に前記低圧流体室を互いに整列させ、それにより前記高圧通路を
    実質的に前記熱交換器の長手方向軸線に沿って差し向けると共に前記低圧通路を
    実質的に前記高圧通路の周りに同軸状に差し向けるよう前記スペーサの中央部分
    を包囲した実質的に環状の間仕切りから成ることを特徴とする請求項１６記載の
    超小形熱交換器。
  18. 【請求項１８】 前記スペーサの前記間仕切りは、隣り合う前記高圧流体室
    を互いに横方向にずらすと共に隣り合う前記低圧流体室を互いに横方向にずらし
    、それにより各前記通路のかなりの部分を前記熱交換器の前記長手方向軸線に対
    して実質的に横方向に差し向けるように配置されていることを特徴とする請求項
    １６記載の超小形熱交換器。
  19. 【請求項１９】 極低温プローブ内で熱を高圧ガス流から低圧ガス流に伝達
    する超小形熱交換器であって、平らなプレートと平らなスペーサを交互に積み重
    ねて構成された軸方向積層組立体と、前記プレートを貫通して形成されていて、
    高圧極低温ガスの乱流を生じさせるための第１の複数の穴と、前記プレートを貫
    通して形成されていて、低圧極低温ガスの乱流を生じさせるための第２の複数の
    穴とを有し、各前記高圧穴は、隣の各前記プレートの対応の高圧穴から横方向に
    ずれ、各前低圧穴は、隣の各前記プレートの対応の低圧穴から横方向にずれてお
    り、前記超小形熱交換器は更に、前記積層組立体の端部に積層されていて、前記
    高圧穴と流体連通状態にある貫通オリフィスを有するエンドプレートを有し、前
    記高圧通路の前記入口ポートから前記出口ポートへの流れの方向は、前記低圧通
    路の前記入口ポートから前記出口ポートへの流れの方向とは実質的に逆であるこ
    とを特徴とする超小形熱交換器。
  20. 【請求項２０】 極低温プローブ内で熱を高圧ガス流から低圧ガス流に伝達
    する超小形熱交換器であって、平らなプレートと平らなスペーサを交互に積み重
    ねて構成された軸方向積層組立体と、前記プレートを貫通して形成されていて、
    高圧極低温ガスの乱流を生じさせるための第１の複数の穴と、前記プレートを貫
    通して形成されていて、低圧極低温ガスの乱流を生じさせるための第２の複数の
    穴とを有し、各前記高圧穴は、隣の各前記プレートの対応の高圧穴から横方向に
    ずれ、各前低圧穴は、隣の各前記プレートの対応の低圧穴から横方向にずれてお
    り、前記超小形熱交換器は更に、高圧ガスライン及び低圧ガスラインを前記熱交
    換器に連結するためのマニホルドを形成するよう前記積層組立体の端部に積層さ
    れた複数のスペーサを有し、前記高圧通路の前記入口ポートから前記出口ポート
    への流れの方向は、前記低圧通路の前記入口ポートから前記出口ポートへの流れ
    の方向とは実質的に逆であることを特徴とする超小形熱交換器。
  21. 【請求項２１】 極低温プローブ内で熱を高圧ガス流から低圧ガス流に伝達
    する超小形熱交換器であって、平らなプレートと平らなスペーサを交互に積み重
    ねて構成された軸方向積層組立体と、前記プレートを貫通して形成されていて、
    高圧極低温ガスの乱流を生じさせるための第１の複数の穴と、前記プレートを貫
    通して形成されていて、低圧極低温ガスの乱流を生じさせるための第２の複数の
    穴とを有し、各前記高圧穴は、隣の各前記プレートの対応の高圧穴から横方向に
    ずれ、各前低圧穴は、隣の各前記プレートの対応の低圧穴から横方向にずれてお
    り、前記超小形熱交換器は更に、前記積層組立体内に実質的に環状の断熱ジャケ
    ットを一体的に形成するよう各前記プレート及び各前記スペーサを貫通して形成
    された実質的に環状のチャンネルを有し、前記実質的に環状のチャンネルは、前
    記高圧通路及び前記低圧通路から半径方向外方に設けられており、前記環状の断
    熱ジャケットは、排気され、前記超小形熱交換器は、高圧ガスライン及び低圧ガ
    スラインを前記熱交換器に連結するためのマニホルドを形成するよう前記積層組
    立体の第１の端部に積層された複数のスペーサと、前記積層組立体の第２の端部
    に積層されていて、前記高圧穴と流体連通状態にある貫通オリフィスを有するエ
    ンドプレートとを更に有し、前記高圧通路の前記入口ポートから前記出口ポート
    への流れの方向は、前記低圧通路の前記入口ポートから前記出口ポートへの流れ
    の方向とは実質的に逆であることを特徴とする超小形熱交換器。
  22. 【請求項２２】 極低温プローブ内で熱を高圧ガス流から低圧ガス流に伝達
    する超小形熱交換器であって、入口ポート及び出口ポートを備えた高圧通路を形
    成するようエッチングにより設けられた第１の流れチャンネルを有する第１のシ
    ートと、入口ポート緒よ比出口ポートを備えた低圧通路を形成するようエッチン
    グにより設けられた第２の流れチャンネルを有する第２のシートとを有し、前記
    高圧入口ポートは、前記第１のシートの第１の縁部のところに形成され、前記高
    圧出口ポートは、前記第１のシートの第２の縁部のところに形成され、前記低圧
    入口ポートは、前記第２のシートの第１の縁部のところに形成され、前記低圧出
    口ポートは、前記第２のシートの第２の縁部のところに形成され、前記第１のシ
    ートと前記第２のシートは、前記第１のシートの前記第１の縁部が前記第２のシ
    ートの前記第１の縁部と整列すると共に前記第１のシートの前記第２の縁部が前
    記第２のシートの前記第２の縁部と整列した状態で互いに積層され、前記第１の
    シートと前記第２のシートは、第１の端部のところに前記高圧入口ポート及び前
    記低圧出口ポートを有し、第２の端部のところに前記高圧出口ポート及び前記低
    圧入口ポートを有する円筒形の形に巻かれていることを特徴とする超小形熱交換
    器。
  23. 【請求項２３】 前記第１のシートの前記第１の流れチャンネルのかなりの
    部分は、前記熱交換器の長手方向軸線に平行であり、前記第２のシートの前記第
    ２の流れチャンネルのかなりの部分は、前記熱交換器の長手方向軸線に平行であ
    り、前記高圧通路の各前記部分は、前記低圧通路の前記部分の一つに隣接し、前
    記高圧通路から前記低圧通路への熱の伝達は、前記長手方向軸線に対して実質的
    に半径方向であることを特徴とする請求項２２記載の超小形熱交換器。
  24. 【請求項２４】 極低温プローブに用いられる超小形熱交換器の製造方法で
    あって、複数のシートをフォトレジスト配合物の層で被覆する工程と、各々が第
    １の複数の穴及び第２の複数の穴を備えた複数の平らなプレートの第１のデザイ
    ンを創成する工程と、各々が間仕切りにより仕切られた第１の大きな開口部と第
    ２の大きな開口部を備えた複数の平らなスペーサの第２のデザインを創成する工
    程と、第１のデザイン及び第２のデザインをレーザでトレースして前記フォトレ
    ジスト配合物を部分的に前記複数のシートに接合することにより前記第１のデザ
    イン及び第２のデザインを前記複数のシートに転写する工程と、前記複数のシー
    トをエッチング配合物中で洗浄して前記シートの非接合部分をばらばらにして前
    記シート中に配列された前記複数のプレート及び前記複数のスペーサを形成する
    工程と、前記シートを軸方向に積み重ねて複数の積層サブアセンブリから成る積
    層組立体を形成する工程とを有し、各積層サブアセンブリは、プレートとスペー
    サを交互に配置したプレートとスペーサの軸方向積重ね体から成り、各前記プレ
    ートの前記第１の複数の穴は、前記それぞれのサブアセンブリの隣の前記プレー
    トの前記第１の複数の穴から横方向にずれると共に前記プレート相互間の前記ス
    ペーサの前記第１の大きな開口部と整列して前記積層サブアセンブリを貫通する
    高圧通路を形成し、各前記プレートの前記第２の複数の穴は、前記それぞれのサ
    ブアセンブリの隣の前記プレートの前記第２の複数の穴から横方向にずれると共
    に前記プレート相互間の前記スペーサの前記第２の大きな開口部と整列して前記
    積層サブアセンブリを貫通する低圧通路を形成し、前記方法は更に、前記積層組
    立体を互いに拡散接合する工程と、前記複数の積層サブアセンブリを前記積層組
    立体から取り出す工程とを有し、各前記積層サブアセンブリは、一つの前記超小
    形熱交換器から成ることを特徴とする超小形熱交換器製造方法。
  25. 【請求項２５】 第１の複数の平らなプレートの前記第１のデザインを第１
    の複数のシートに転写し、第１の複数の平らなスペーサの前記第２のデザインを
    第２の複数のシートに転写し、前記積層組立体中で前記第１の複数のシートを前
    記第２の複数のシートと交互に配置することを特徴とする請求項２４記載の超小
    形熱交換器製造方法。
  26. 【請求項２６】 前記第１の複数のシートは、熱伝達係数が比較的高い第１
    の材料で構成され、前記第２の複数のシートは、熱伝達係数が比較的低い第２の
    材料で構成されていることを特徴とする請求項２５記載の超小形熱交換器製造方
    法。
  27. 【請求項２７】 各々が前記高圧通路への入口及び前記低圧通路からの出口
    を備えた複数の第１のマニホルドプレートの第３のデザインを創成する工程と、
    各々が前記高圧通路からの出口及び前記低圧通路への入口を備えた複数の第２の
    マニホルドプレートの第４のデザインを創成する工程と、第３のデザインをレー
    ザでトレースして前記フォトレジスト配合物を部分的に第１のマニホルドシート
    に接合することにより前記第３のデザインを第１のマニホルドシートに転写する
    工程と、第４のデザインをレーザでトレースして前記フォトレジスト配合物を部
    分的に第２のマニホルドシートに接合することにより前記第４のデザインを第２
    のマニホルドシートに転写する工程と、前記第１及び第２のマニホルドシートを
    エッチング配合物中で洗浄して前記シートの非接合部分をばらばらにして前記第
    １のマニホルドシート中に配列された前記複数の第１のマニホルドプレートを形
    成すると共に前記第２のマニホルドシート中に配列された前記複数の第２のマニ
    ホルドプレートを形成する工程と、前記第１のマニホルドシートを前記積層組立
    体の第１の端部に積層し、各前記第１のマニホルドプレートを前記積層サブアセ
    ンブリの第１の端部と整列させる工程と、前記第２のマニホルドシートを前記積
    層組立体の第２の端部に積層し、各前記第２のマニホルドプレートを前記積層サ
    ブアセンブリの第２の端部と整列させる工程とを有することを特徴とする請求項
    ２４記載の超小形熱交換器製造方法。
  28. 【請求項２８】 前記デザインは、コンピュータ支援されることを特徴とす
    る請求項２４記載の超小形熱交換器製造方法。
  29. 【請求項２９】 レーザは、数値制御されることを特徴とする請求項２４記
    載の超小形熱交換器製造方法。
  30. 【請求項３０】 前記高圧通路のうちかなりの部分が前記熱交換器の長手方
    向軸線に対して横方向に向くようになるほど、任意の一つの前記プレートの前記
    第１の複数の穴とその隣の前記プレートの前記第１の複数の穴との間の角度のず
    れを生じさせる工程と、前記低圧通路のうちかなりの部分が前記熱交換器の前記
    長手方向軸線に対して横方向に向くようになるほど、任意の一つの前記プレート
    の前記第２の複数の穴とその隣の前記プレートの前記第２の複数の穴との間の角
    度のずれを生じさせる工程とを更に有することを特徴とする請求項２４記載の超
    小形熱交換器製造方法。
  31. 【請求項３１】 前記第１の複数の穴及び前記第２の複数の穴を実質的に包
    囲する実質的に環状のチャンネルを各前記プレート中に形成する工程と、前記第
    １の大きな開口部及び前記第２の大きな開口部を実質的に包囲する実質的に環状
    のチャンネルを各前記スペーサ中に形成する工程と、前記プレート及び前記スペ
    ーサ中の前記環状チャンネルを互いに整列させて各前記熱交換器の前記高圧通路
    及び前記低圧通路を包囲する断熱ジャケットを形成する工程と、前記積層組立体
    を真空下に配置する工程と、前記真空を維持しながら前記拡散接合を実施して各
    前記断熱ジャケット中に真空を生じさせる工程とを更に有することを特徴とする
    請求項２４記載の超小形熱交換器製造方法。
  32. 【請求項３２】 極低温プローブに用いられる超小形熱交換器の製造方法で
    あって、少なくとも１つの可撓性基材をフォトレジスト配合物の層で被覆する工
    程と、一つが第１の端部に入口及び第２の端部に出口を備えた高圧流れチャンネ
    ルであり、別の一つが第１の端部に出口及び第２の端部に入口を備えた低圧流れ
    チャンネルであるような曲がりくねった流れチャンネルの少なくとも２つのデザ
    インを創成する工程と、前記デザインをレーザでトレースして前記フォトレジス
    ト配合物を部分的に前記少なくとも１つの基材に接合することにより前記デザイ
    ンを前記少なくとも１つの基材に転写する工程と、前記少なくとも１つの基材を
    エッチング配合物中で洗浄してエッチングにより高圧流れチャンネル及び低圧流
    れチャンネルを前記少なくとも１つの基材の非接合部分中に形成して、第１の縁
    部に前記高圧入口及び第２の縁部に前記高圧出口を備えた高圧流れチャンネルを
    有する高圧流れシート及び第１の縁部に前記低圧出口及び第２の縁部に前記低圧
    入口を備えた低圧流れチャンネルを有する低圧流れシートを形成する工程と、前
    記高圧流れチャンネルが前記低圧流れチャンネルに実質的に平行に位置し、しか
    も前記高圧流れシートの前記第１の縁部が前記低圧流れシートの前記第１の縁部
    に隣接すると共に前記高圧流れシートの前記第２の縁部が前記低圧流れシートの
    前記第２の縁部に隣接した状態で前記高圧流れシートを前記低圧流れシートに積
    層する工程と、前記積層された流れシートを各前記流れシートの第３の縁部の周
    りに巻いて円筒形の熱交換器を形成する工程とを有し、前記高圧入口及び前記低
    圧出口は、前記熱交換器の第１の端部のところに位置し、前記高圧出口及び前記
    低圧入口は、前記熱交換器の第２の端部のところに位置することを特徴とする超
    小形熱交換器製造方法。
  33. 【請求項３３】 前記デザインは、コンピュータ支援されることを特徴とす
    る請求項３２記載の超小形熱交換器製造方法。
  34. 【請求項３４】 レーザは、数値制御されることを特徴とする請求項３２記
    載の超小形熱交換器製造方法。
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