JP2003202163A

JP2003202163A - 極低温冷却装置

Info

Publication number: JP2003202163A
Application number: JP2002050769A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Konosu; 直広鴻巣; Tomoyoshi Kamoshita; 友義鴨下; Satoyuki Matsushita; 智行松下; Hitoshi Hamanaka; 仁浜中
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトで放熱効率よく構成され、屋外に設
置しても長期にわたり安定して使用できるものを得る。【解決手段】筐体１の内部を仕切板５によって外気の流
通する発熱室７と防雨構造の電気室６とに区画し、運転
に伴って熱を発生する圧縮機２と膨張機３を発熱室７
に、被冷却体を収納する真空容器４と電源部８を電気室
６に配置するとともに、圧縮機２と膨張機３を直接一体
に連結し、それぞれ外面に放熱器１２、１３を付設す
る。また、電源部８は熱輸送管１０を介して仕切板５に
連結し、その外面に備えられた放熱器１４により熱を除
去する。さらに、発熱室７には風洞１５を組み込んで二
重構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種センサーや通
信用デバイス等を小型冷凍機により極低温に冷却して用
いる極低温冷却装置に係わり、特に屋外据付け用等の筐
体に一体に組み込んで用いる極低温冷却装置の構成に関
する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線センサーや磁気センサーは、例え
ば液体窒素温度近傍の極低温に冷却すると検出感度が向
上する。このため、防災・警備用暗視装置や生体磁気計
測等への適用が今後拡大するものと期待されている。ま
た、通信デバイスを極低温に冷却すると対雑音比が向上
し、小型化、低損失化が可能となるので、移動体通信
や、サブミリ波、ミリ波の通信デバイスの高性能化に有
効である。このため、近年、各種センサーや通信用デバ
イス等を小型冷凍機により極低温に冷却して用いる極低
温冷却装置の開発が積極的に推進されている。

【０００３】図１１は、この種の極低温冷却装置の従来
例を示す構成図で、（ａ）は内部正面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａから見た断面図である。図に示した極低
温冷却装置は、被冷却体として組み込んだ通信デバイス
を液体窒素温度に近い極低温に冷却して用いる装置で、
図において、７１は防雨構造の筐体、７２は極低温冷凍
機の圧縮機、７３は膨張機、７４は被冷却体を収納する
真空断熱容器であり、７８は極低温冷凍機を運転するた
めの電源部、７９Ａ，７９Ｂは真空断熱容器４の内部に
収納された被冷却体に接続して用いられる電子部品であ
る。

【０００４】図に見られるように、極低温冷凍機の圧縮
機７２と膨張機７３の作動ガス（ヘリウムガス）は連通
管７５によって連通されている。また、被冷却体は膨張
機７３に連結された図示しない冷却端ヘッドに取り付け
られて、真空断熱容器７４の内部に収納されている。圧
縮機７２と膨張機７３には、運転に伴う発熱を外部に取
出すための良熱伝導体よりなる受熱ブロック７６Ａ，７
６Ｂ，７６Ｃが備えられており、これらの受熱ブロック
７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃに伝熱グリース７７を介して連
結された、ヒートパイプ等よりなる伝熱部材８４が、連
通孔８７を通して筐体７１の上部に設けた排熱室８０の
放熱器８２へと連結されている。排熱室８０は、筐体７
１の上部に上部カバー８１を配して形成されており、吸
引型のファン８３を駆動して外気を一端（図中の右端）
から吸引して、相対する一端（図中の左端）へと流通さ
せることにより、放熱器８２が冷却され、圧縮機７２と
膨張機７３の運転に伴う発熱が筐体７１の外部へと取出
されている。また、極低温冷凍機の電源部７８は、その
放熱板を筐体７１の壁面に直接固定して取り付けられて
おり、筐体７１の外側を流れる外気により熱除去が行わ
れている。

【０００５】また、屋外に据付けて用いるものにおいて
は、直射日光により上部カバー８１が加熱され、排熱室
８０の温度が上昇して排熱効率が低下する恐れがある
が、寸法上の制約から上部カバー８１の上にさらに日除
け板を設置することはできないので、上部カバー８１の
表面に太陽光の吸収率の低い特殊塗料を塗装することに
より直射日光の影響を抑えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の極低温冷却装
置は、適用分野が前述のごとき分野であるため、屋外に
据付けて用いる場合が多く、防雨構造とするとともに、
小型化して据付け面積を低減させることが必要であり、
さらに製品のコストを低く抑えることが要求されてい
る。これに対して、図１１に示した従来の装置では、既
に述べたように、密閉構造の筐体７１の内部に各種の機
器を一括して収納し、これらの機器の排熱を筐体７１の
上部に設けた排熱室８０へと導いて排出し、所定の温度
に保持して運転するよう構成されているが、本構成で
は、排熱室８０を設ける必要があるため基本的に小型化
が困難であるという難点がある。また、小型化のために
排熱室８０を小さくすると、冷却用の外気を吸引するた
めのファン８３を大型化することが困難となるので、極
低温冷凍機の圧縮機７２や膨張機７３の排熱の除去が不
十分となる。また、本構成では、筐体７１の内部で生じ
る発熱を排熱室８０へと輸送して排出するよう構成され
ているので、熱を輸送するために、良熱伝導体よりなる
受熱ブロック７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃやヒートパイプよ
りなる伝熱部材８４を組み込む必要がある。したがっ
て、構成部品が多くなるので部品コストが高くなり、ま
た、これらの伝熱部材８４の組立て調整の工数も多くな
って、加工コストも高くなる。

【０００７】また、従来の装置では、前述のように、極
低温冷凍機の圧縮機７２と膨張機７３の排熱を受熱ブロ
ック７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃや伝熱部材８４により排熱
室８０へと輸送して排出しているが、極低温冷凍機の電
源部７８の排熱は筐体７１の壁面を介して外気に取出す
構成であり、電源部７８の排熱量が大きい場合には、外
部への除熱が不十分となって筐体７１の内部の温度が上
昇し、電子部品７９Ａ，７９Ｂ等の温度も上昇する危険
性がある。この危険性を回避するものとして、図１２に
示したごとく、図１１に示した装置に、さらに、筐体７
１の内部と排熱室８０とを連通する第二の放熱器８５と
第二のファン８６とを付設した装置が知られている。本
装置においては、筐体７１の内部の空気をファン８６に
よって循環させて、図１２中に矢付き曲線で示したよう
に空気の循環流を形成し、高温の空気を第二の放熱器８
５へ導いて放熱器８５へ熱を伝達させている。筐体７１
の内部部分の第二の放熱器８５のへ伝達された熱は、第
二の放熱器８５中を排熱室８０へと導かれ、排熱室８０
を流通する外気によって外部へ排熱される。したがっ
て、このように構成すれば、放熱効率が向上し、筐体７
１の内部の温度上昇が低く抑えられることとなる。しか
しながら、本構成においては、第二の放熱器８５と第二
のファン８６を備える必要があるので、構成部品の点数
が増加してコストが上昇する。また、これらの部品を組
み込むスペースが必要となるので、小型化が困難であ
る。

【０００８】また、屋外据付型の装置においては、直射
日光の影響を抑えるために上部カバー８１の表面に太陽
光の吸収率の低い特殊塗料を塗装する方法を用いている
が、本方式では直射日光の影響を完全に回避することは
できないので、特に夏季等においては筐体７１の内部温
度が過大に上昇して冷凍機の負荷の上昇や電子部品の温
度上昇をもたらし、装置の寿命が低下してしまうという
難点がある。

【０００９】本発明は、上記のごとき従来の技術の現状
を考慮してなされたもので、本発明の目的は、コンパク
トで、かつ放熱効率良く構成され、屋外に設置しても長
期にわたり安定して使用することのできる極低温冷却装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、（１）圧縮機と膨張機と例えば通信用デバイス等の被冷
却体を収納する真空容器とを備える冷凍機を、これらを
運転制御する電源部とともに同一筐体内に収納して構成
される極低温冷却装置において、上記の筐体の内部空間
を、ファンにより外気が流通するよう構成した第１の空
間と密閉された防雨構造の第２の空間とに仕切り板で区
画し、かつ、第１の空間に圧縮機と膨張機を収納し、第
２の空間に真空断熱容器と電源部とを収納することとす
る。

【００１１】（２）さらに、上記（１）の極低温冷却装
置において、前記冷凍機を、蓄冷器とパルス管と冷却端
からなるパルスチューブ部と、イナータンスチューブと
バッファタンクからなる位相制御部とを更に備えるパル
スチューブ冷凍機とし、第１の空間に上記の位相制御部
を収納し、第２の空間に上記のパルスチューブ部を収納
するか、あるいは、第１の空間に上記のイナータンスチ
ューブを収納し、第２の空間に上記のバッファタンクと
パルスチューブ部とを収納することとする。

【００１２】（３）さらに、上記（１）または（２）の
極低温冷却装置において、圧縮機と膨張機を、連通管を
介することなく直接一体に連結することとする。（４）また、上記（１）〜（３）の極低温冷却装置にお
いて、圧縮機と膨張機の外面に放熱器を付設することと
する。（５）また、上記（１）〜（４）の極低温冷却装置にお
いて、仕切り板を、良熱伝導性材料を用いて形成し、こ
の仕切り板に膨張機を熱的に連結することとする。

【００１３】（６）また、上記（１）〜（４）の極低温
冷却装置において、仕切り板を、良熱伝導性材料を用い
て形成し、この仕切り板と電源部との間に伝熱部材を取
付けることとする。（７）また、上記（５）または（６）の極低温冷却装置
において、仕切り板の第１の空間側の面に放熱器を取り
付けることとする。

【００１４】（８）あるいは、上記（１）〜（５）の極
低温冷却装置において、電源部を第２の空間の筐体内壁
面に熱的に連結し、この筐体内壁面に相対する外壁面に
放熱器を取り付け、この放熱器に面して風路を設け、第
１の空間に備えられたファンによってこの風路を外気が
流通するよう構成することとする。（９）また、上記（１）〜（８）の極低温冷却装置にお
いて、第１の空間の筐体の内側に、外気の流通方向に延
伸する風洞を、筐体の壁面から空隙を介して備えること
とする。

【００１５】（１０）さらに、上記の（９）の極低温冷
却装置において、この風洞を、その内面の一部と圧縮機
の外面の一部とを熱的に連結して配置することとする。
極低温冷却装置を上記（１）のごとく構成すれば、圧縮
機と膨張機が第１の空間において直接外気によって冷却
されるので、冷凍機の運転に伴って生じる発熱が直接外
気に排出されることとなる。したがって、冷凍機の冷却
効率が向上し、かつ、従来の装置で用いられていた排熱
室が不要となり、装置の小型化が可能となる。

【００１６】さらに、上記（２）のごとく、パルスチュ
ーブ冷凍機において、位相制御部を第１の空間に収納す
れば、位相制御部の熱が直接外気に排出されるので、冷
凍機の冷却効率がより一層向上することとなる。また、
位相制御部のうちイナータンスチューブのみ第１の空間
に収納し、相対的に放熱の少ないバッファタンクを第２
の空間に収納することとしても、位相制御部の主要な放
熱は外気により効果的に除去される。容量の大きいバッ
ファタンクを必要とする出力が大きい極低温冷却装置に
おいては、このようにスペースの裕度の大きい第２の空
間にバッファタンクを配すれば、装置の小型化に有効で
ある。

【００１７】また、上記（３）のごとく、圧縮機と膨張
機を一体化構造とすれば、冷凍機全体が小型となり、装
置の小型化が可能となる。また、一体化構造とすれば、
取り扱いが容易となり、筐体への取付けも簡単に行える
ので組立てコストの低減に有効である。また、上記
（４）のごとく、圧縮機と膨張機の外面に放熱器を付設
すれば、放熱効果が大幅に向上し、発熱がより効率的に
外気へと伝達されるので、冷凍機の冷却効率がより一層
向上し、装置の小型化にも利する。

【００１８】また、上記（５）のごとく、仕切り板を良
熱伝導性材料により形成し、この仕切り板に膨張機を熱
的に連結すれば、冷凍機の発熱は、仕切り板にも伝熱さ
れて第１の空間を流通する外気へと排出される。したが
って、冷凍機の冷却効率はより一層向上する。また、上
記（６）のごとく、仕切り板と電源部との間に伝熱部材
を取付けることとすれば、電源部で生じた発熱の一部は
伝熱部材を介して仕切り板へと伝熱され、さらにこの仕
切り板より第１の空間を流通する外気へと取出されるこ
ととなる。したがって、電源部より第２の空間内部へ放
出される熱量が低減され、第２の空間内部の温度上昇が
低く抑えられるので、収納された電子部品の温度上昇に
よる寿命劣化、ならびに特性劣化が防止され、長期にわ
たり安定して使用できることとなる。

【００１９】また、上記（７）のごとく、仕切り板の第
１の空間側の面に放熱器を取り付ければ、仕切り板より
第１の空間を流通する外気への熱伝達効果が大幅に上昇
することとなる。したがって、冷凍機の発熱を仕切り板
を介して第１の空間を流通する外気へ伝達する場合に
も、また、電源部の発熱を仕切り板を介して第１の空間
を流通する外気へ伝達する場合にもより一層熱伝達効率
が向上する。

【００２０】また、上記（８）のごとくに構成すれば、
電源部の発熱の一部は、第２の空間の筐体壁面を通して
外壁面に取り付けられた放熱器へと取出され、この放熱
器に面して形成された風路中に流れる外気に伝熱されて
排出されることとなる。したがって、電源部より第２の
空間内部へ放出される熱量が低減され、第２の空間内部
の温度上昇が低く抑えられるので、収納された電子部品
の温度上昇による寿命劣化、ならびに特性劣化が防止さ
れ、長期にわたり安定して使用できることとなる。

【００２１】また、上記（９）のごとく、第１の空間の
筐体の内側に、外気の流通方向に延伸する風洞を、筐体
の壁面から空隙を介して備えれば、第１の空間の内部を
流れる外気は、風洞の内部を流れる外気と、筐体と風洞
との間隙を流れる外気とに区分され、圧縮機や膨張機、
仕切り板等の熱伝達部は風洞の内部を流れる外気によっ
て冷却されている。したがって、直射日光を受けて筐体
の上面の温度が高くなる事態となっても、風洞に熱が直
接伝わることがないので、圧縮機や膨張機、仕切り板等
への影響は微量に抑えられ、長期間の使用が可能とな
る。

【００２２】また、上記（１０）のごとく、上記の風洞
を、その内面の一部と圧縮機の外面の一部とを熱的に連
結して配置すれば、圧縮機は風洞への伝熱によっても冷
却されることとなる。また、風洞が圧縮機に近接して配
置されるので、第１の空間の高さを小さくすることがで
き、極低温冷却装置の小型化が図れることとなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、実施例を挙げて
詳しく説明する。＜実施例１＞図１は、本発明の極低温冷却装置の第１の
実施例の構成図で、（ａ）は内部正面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａから見た断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−
Ｂから見た断面図である。

【００２４】本極低温冷却装置は、通信用デバイスを液
体窒素温度近傍の極低温に冷却して使用する屋外据付け
型の極低温冷却装置で、１は筐体、１ａは上部カバー、
２は極低温冷凍機を構成する圧縮機、３は膨張機、４は
被冷却体の通信用デバイスを収納する真空断熱容器、５
は仕切り板、６は第２の空間、７は第１の空間、８は電
源部、９は電子部品、１０は伝熱部材、１１はファン、
１２は圧縮機用放熱器、１３は膨張機用放熱器、１４は
電源部用放熱器、１５は風洞である。

【００２５】本実施例の第１の特徴は、図１（ａ）に見
られるように、筐体１の内部が仕切り板５によって外気
が流れる上部の第１の空間７と密閉された下部の第２の
空間６とに区画され、吸引型のファン１１の作用によっ
て図中右側から左側へと外気の流通する第１の空間７に
圧縮機２と膨張機３が配され、密閉された防雨構造の第
２の空間６に真空断熱容器４と電源部８が配されている
点にある。運転に際して発熱を生じる圧縮機２と膨張機
３が外気の流通する第１の空間７に配されているので、
従来例に見られるような排熱室８０を特に設ける必要は
ない。

【００２６】本実施例の第２の特徴は、圧縮機２と膨張
機３が従来例で見られた連通管７５のごとき介在物を介
することなく直接連結されていることにある。このため
極低温冷凍機がコンパクトに構成され、極低温冷却装置
の小型化に効果的である。本実施例の第３の特徴は、圧
縮機２と膨張機３の外面にそれぞれ放熱器１２、放熱器
１３が付設されていることにある。このため圧縮機２と
膨張機３の発熱の発熱室７を流通する外気への輸送効率
が向上し、効果的に除熱される。

【００２７】本実施例の第４の特徴は、上記の仕切り板
５が良熱伝導性材料により形成され、かつ、この仕切り
板５に膨張機３が熱的に連結されていることにある。こ
のため、膨張機３の発熱は、上記の放熱器１３に加え
て、仕切り板５を介して第１の空間７を流通する外気へ
伝達されることとなる。本実施例の第５の特徴は、良熱
伝導性材料により形成されたこの仕切り板５と第２の空
間６の内部の電源部８との間にヒートパイプよりなる伝
熱部材１０が取付けられ、さらにまた、この仕切り板５
の第１の空間７側の面に電源部用の放熱器１４が設置さ
れていることにある。本構成では、電源部８が伝熱部材
１０を介して仕切り板５と直接連結されるので、電源部
８の発熱が仕切り板５、さらには放熱器１４を介して第
１の空間７へと取出され、第２の空間６の内部に放出さ
れる熱量が低減される。したがって、収納されている電
子部品９の温度上昇が低減され、特性劣化を生じること
なく長期にわたり安定して使用できることとなる。な
お、本実施例では伝熱部材１０としてヒートパイプが用
いられているが、銅やアルミニウム等の良熱伝導性金属
のバーを用いることとしてもよい。

【００２８】本実施例の第６の特徴は、図１（ａ）、
（ｂ）に見られるように、第１の空間７の筐体１の内
側、すなわち、上部カバー１ａの内側に、この上部カバ
ー１ａとの間に空隙を保って、外気の流通方向に延伸
（外気の入口側と出口側に開口）した風洞１５が配され
ていることにある。本構成においては、第１の空間７の
内部へと導かれた外気は、圧縮機２や膨張機３が収納さ
れた風洞の内部と、上部カバー１ａと風洞１５との間隙
に分流して流れることとなるので、直射日光を受けて上
部カバー１ａの温度が高くなる事態となっても、風洞１
５には直接熱は伝わらないので、圧縮機２や膨張機３等
への直射日光の影響は微量に抑えられる。したがって、
夏季等の強い直射日光を受ける屋外設置環境にあって
も、異常温度上昇を生じることなく安定して使用でき
る。

【００２９】＜実施例２＞図２は、本発明の極低温冷却
装置の第２の実施例の構成図で、（ａ）は内部正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから見た断面図である。本実施
例は、パルスチューブ冷凍機を用いて構成した極低温冷
却装置の実施例である。パルスチューブ冷凍機は、図に
示したように、圧縮機２、膨張機３、蓄冷器２１とパル
ス管２２と冷却端２３からなるパルスチューブ部２０、
パルスチューブ部２０を収納する真空容器４、イナータ
ンスチューブ３１とバッファタンク３２からなる位相制
御部３０により構成されており、冷却端２３に被冷却体
の通信用デバイスを組み込んで使用される。本極低温冷
却装置においては、外気が流れる上部の第１の空間７
に、圧縮機２および膨張機３に加えて、運転に際して発
熱を伴う上記の位相制御部３０が収納されており、密閉
された第２の空間６にパルスチューブ部２０を収納した
真空容器４が配されている。本構成では、発熱を伴う圧
縮機２、膨張機３、位相制御部３０が第１の空間７にお
いて導入された外気により直接冷却されるので、冷凍機
の冷却効率が向上する。

【００３０】なお、本実施例においても、圧縮機２と膨
張機３の一体化等、第１の実施例で用いられている種々
の特徴ある構成が採り込まれており、本実施例の構成の
極低温冷却装置も第１の実施例の説明において列記した
ごとき特徴を有している。＜実施例３＞図３は、本発明の極低温冷却装置の第３の
実施例の構成図で（ａ）は内部正面図、（ｂ）は内部側
面図である。

【００３１】本実施例も、第２の実施例と同様に、パル
スチューブ冷凍機を用いて構成した極低温冷却装置の実
施例で、第２の実施例のパルスチューブ冷凍機に比べて
冷凍出力が大きく、大型のバッファタンクを必要とする
パルスチューブ冷凍機を用いた極低温冷却装置の実施例
である。本実施例の構成の特徴は、第２の実施例で第１
の空間７に配置されていたバッファタンクが、第２の空
間６に配置されていることにある。すなわち、本実施例
では、図３に見られるように、バッファタンク３２Ａ
は、仕切り板５にボルト締結して第２の空間６に気密に
配されており、上端のフランジ３３を用いてイナータン
スチューブ３１と気密に連結されている。本構成では、
バッファタンク３２Ａからの外気への放熱が無くなるの
で、第２の実施例に比べて排熱性能の点では若干劣るこ
ととなるが、第１の空間に比べてスペースの余裕のある
第２の空間６にバッファタンク３２Ａが配されるので、
圧力容器として適切な、小型、軽量のバッファタンク３
２Ａを選定することが可能となり、小型で、組立性に優
れた極低温冷却装置が得られる。

【００３２】＜実施例４＞図４は、本発明の極低温冷却
装置の第４の実施例の構成を示す内部正面図である。本
実施例の構成の第１の実施例の構成との相違点は、第１
の空間７に備えられたファンにある。すなわち、第１の
実施例では吸引型のファン１１が用いられているが、本
実施例では吐出型のファン１１Ａが組み込まれている。
したがって、本実施例の極低温冷却装置では、第１の空
間７の内部を図中左側から右側へと外気が流通すること
となる。第１の実施例のごとく吸引型のファン１１を組
み込めば、より均一な外気の流れが得られるのに対し
て、本実施例のごとく吐出型のファン１１Ａを組み込め
ば、風速を上げて冷却効果を高めることができる。

【００３３】＜実施５＞図５は、本発明の極低温冷却装
置の第５の実施例の構成を示す内部正面図である。本実
施例の特徴は、第１の空間７の両端に、吸引型のファン
１１Ｂと吐出型のファン１１Ｃが組み込まれていること
にある。本構成では、２台のファンによって第１の空間
７の内部へ外気が導かれるので、実施例１や実施例２の
構成の極低温冷却装置に比べて冷却性能が大幅に向上す
る。

【００３４】＜実施例６＞図６は、本発明の極低温冷却
装置の第６の実施例の構成図で、（ａ）は内部正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから見た断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂから見た断面図である。本実施例の構成
の特徴は、第２の空間６に収納された電源部８Ａが良熱
伝導性材料により形成された仕切り板５に直接固定され
ている点にある。したがって、伝熱部材１０を介して仕
切り板５に連結されていた第１の実施例に比べて、熱輸
送効率が上昇するとともに、伝熱部材１０が不要となる
のでコストの低減が可能となる。なお、本実施例の構成
では、冷却性能を向上させるために、第５の実施例と同
様に、第１の空間７に２台のファン１１Ｂ，１１Ｃが組
み込まれているが、第１〜４の実施例と同様に１台のフ
ァンで外気を導入する構成としてもよい。

【００３５】＜実施例７＞図７は、本発明の極低温冷却
装置の第７の実施例の構成図で、（ａ）は内部正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから見た断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂから見た断面図である。本実施例の構成
の特徴は、電源部８Ｂが第２の空間６の筐体内壁面に熱
的に連結され、この内壁面に相対する筐体外壁面に放熱
器１６が取り付けられ、この放熱器１６に面して第１の
空間７に連通する風路１７が設けられ、吸引型のファン
１１の吸引作用により、この風路１７を流れた外気が第
１の空間７を流通して外部へ放出されるよう構成されて
いる点にある。本構成では、電源部８Ｂが外気により直
接冷却されるので、冷却性能が大幅に向上し、第２の空
間６の内部を低い温度に保持することができる。

【００３６】＜実施例８＞図８は、本発明の極低温冷却
装置の第８の実施例の構成を示す内部正面図である。上
記の第７の実施例では、電源部８Ｂが内壁面に熱的に連
結された筐体の外壁面に放熱器１６を取り付け、この放
熱器１６に面して外気を流通させる風路１７をファン１
１の吸引側に配し、ファン１１の吸引力によって風路１
７に外気を吸引して冷却していたのに対して、本実施例
では、ファン１１の吐出側に、放熱器１６に面した風路
１７の出口側を配し、ファン１１の吐出力によって風路
１７に外気を吸引して放熱器１６を冷却するよう構成し
ている。吐出側の方が流速が速いので、風路１７を流通
する外気にはより強い吸引力が作用し、放熱器１６、し
たがって電源部８Ｂの冷却性能が向上する。

【００３７】＜実施例９＞図９は、本発明の極低温冷却
装置の第９の実施例の第１の空間の構成図で、（ａ）は
内部正面図、（ｂ）は内部側面図である。本実施例の構
成の特徴は、圧縮機２および膨張機３と筐体１ａとの間
に、筐体１ａの壁面から空隙を介して備えられている風
洞１５Ａが，その内面の一部を圧縮機２の上部の外面に
密着させて配されていることにある。既に述べた第１〜
第８の実施例においても、水平方向に伸びるフィンから
なる放熱器１２を備えた圧縮機２を用いることによっ
て、装置の高さが高くなるのを抑えているが、本実施例
の構成では、風洞１５Ａを下げて、圧縮機２の上部の外
面に密着させることによって、さらに装置の高さを低く
抑えている。本構成では、圧縮機２の発熱は、放熱器１
２Ａを介してファン１１により導入された外気へと放熱
されるとともに、上部の密着部より風洞１５Ａへと伝熱
されたのち、導入された外気へと放熱されることとな
る。

【００３８】＜実施例１０＞図１０は、本発明の極低温
冷却装置の第１０の実施例の第１の空間の構成図で、
（ａ）は内部正面図、（ｂ）は内部側面図である。本実
施例も第９の実施例と同様に、圧縮機の上部の外面に風
洞を熱的に密着させて構成した実施例である。

【００３９】第９の実施例に用いられている圧縮機２
は、水平方向に伸びるフィンからなる放熱器１２との一
体成形品によって構成されているが、このような一体成
形品では、型の寸法制約により高放熱密度の放熱器を作
製することは困難である。本実施例の構成はこの難点を
回避するもので、圧縮機２と放熱器１２Ｂとを分離して
作製することとし、圧縮機２の中央領域の外周を多面体
（本実施例では８面体）に形成し、この面の上に熱伝導
性に優れたグリースやラバーシートよりなる図示しない
伝熱部材を配したのち、別途押出し等により一体成形し
た放熱器１２Ｂを搭載して、固定ねじ１９により固定す
るよう構成されている。

【００４０】本実施例は、このような放熱構成の圧縮機
２を備える極低温冷却装置において、装置の高さを低く
抑える構成を提供するものである。本構成では、放熱器
１２Ｂを、多面体をなす圧縮機２の外周のうち、上面
と、膨張機３に連結される下面とを除く残りの６面に搭
載することとし、さらに上面に隣接する二つの面に搭載
する放熱器１２Ｂは、そのフィンが圧縮機２の上面を越
えない高さに抑え、この上面に、熱伝導性に優れたグリ
ース、あるいはラバーシートよりなる伝熱部材１８を介
して風洞１５Ｂの内面を密着し、熱的に連結している。
本構成においては、圧縮機２の上面からの放熱は、伝熱
部材１８を介して風洞１５Ｂに伝熱されたのち、風洞１
５Ｂの内部に導入された外気へと排出される。本構成と
すれば、風洞１５Ｂの内面に密着して冷却される圧縮機
２の上面に放熱器が配されないので、高さが大幅に低減
される。すなわち、圧縮機２の上面に放熱器を配した場
合の第１の空間の上端は、図１０（ｂ）中に２点鎖線で
示した位置にあり、これに比較して、本実施例の構成で
は図中のΔＬだけ高さが低く抑えられる。

【００４１】以上、通信用デバイスを液体窒素温度近傍
の極低温に冷却して使用する屋外据付け型の極低温冷却
装置の実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこ
れらの実施例に限定されるものではなく、同一の理念に
基づく装置に広く適用されるもので、例えば赤外線セン
サーや磁気センサーを極低温に冷却して使用する極低温
冷却装置においても有効である。

【００４２】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、被冷却
体を極低温に冷却して使用する極低温冷却装置を、（１）請求項１、さらには請求項２、３に記載のごとく
構成することとしたので、従来の装置で用いられていた
排熱室が不要となり、従来に比べてコンパクトな極低温
冷却装置が得られることとなった。特に請求項４のごと
くとすれば、装置の容積が従来の約１／２に小型化する
ことが可能となる。

【００４３】（２）さらに、請求項５，６、７、８ある
いは請求項９のごとく構成すれば、排熱効率のよい構成
となり、内部の温度が適正に保持されて、安定した運転
が保証される。（３）また、請求項１０のごとく構成す
れば、直射日光を受けても内部温度への影響は微小に抑
えられるので、コンパクトで、かつ排熱効率良く構成さ
れ、屋外に設置しても長期にわたり安定して使用するこ
とのできる極低温冷却装置として好適である。

【００４４】（４）また、請求項１１、さらには、請求
項１２のごとく構成すれば、排熱効率良く、かつより一
層コンパクトな構成となるので、この種の極低温冷却装
置として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の極低温冷却装置の第１の実施例の構成
図で（ａ）は内部正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから
見た断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂから見た断面図

【図２】本発明の極低温冷却装置の第２の実施例の構成
図で（ａ）は内部正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから
見た断面図

【図３】本発明の極低温冷却装置の第３の実施例の構成
図で（ａ）は内部正面図、（ｂ）は内部側面図

【図４】本発明の極低温冷却装置の第４の実施例の構成
を示す内部正面図

【図５】本発明の極低温冷却装置の第５の実施例の構成
を示す内部正面図

【図６】本発明の極低温冷却装置の第６の実施例の構成
図で（ａ）は内部正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから
見た断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂから見た断面図

【図７】本発明の極低温冷却装置の第７の実施例の構成
図で（ａ）は内部正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから
見た断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂから見た断面図

【図８】本発明の極低温冷却装置の第８の実施例の構成
を示す内部正面図

【図９】本発明の極低温冷却装置の第９の実施例の第１
の空間の構成図で、（ａ）は内部正面図、（ｂ）は内部
側面図

【図１０】本発明の極低温冷却装置の第１０の実施例の
第１の空間の構成図で、（ａ）は内部正面図、（ｂ）は
内部側面図

【図１１】この種の極低温冷却装置の従来例の構成図
で、（ａ）は内部正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａから
見た断面図

【図１２】この種の極低温冷却装置の他の従来例の筐体
内部正面図

【符号の説明】

１筐体１ａ上部カバー２圧縮機３膨張機４真空断熱容器５仕切り板６第２の空間７第１の空間８，８Ａ，８Ｂ電源部９電子部品１０伝熱部材１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，ファン１２，１２Ａ，１２Ｂ放熱器（圧縮機用）１３放熱器（膨張機用）１４放熱器（電源部用）１５，１５Ａ，１５Ｂ風洞１６放熱器（電源部用）１７風路１８伝熱部材２０パルスチューブ部２１蓄冷器２２パルス管２３冷却端３０位相制御部３１イナータンスチューブ３２，３２Ａバッファタンク

フロントページの続き (72)発明者松下智行神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者浜中仁神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機と膨張機と被冷却体を収納する真空
容器とを備える冷凍機と、これらを運転制御する電源部
を同一筐体内に収納して構成される極低温冷却装置にお
いて、ファンにより外気が流通するよう構成した第１
の空間と密閉された防雨構造の第２の空間とに区画する
仕切り板が筐体の内部に配され、かつ、第１の空間に前
記の圧縮機と膨張機が収納され、第２の空間に前記の真
空容器と電源部とが収納されていることを特徴とする極
低温冷却装置。
【請求項２】請求項１に記載の極低温冷却装置におい
て、前記冷凍機が、蓄冷器とパルス管と冷却端からなる
パルスチューブ部と、イナータンスチューブとバッファ
タンクからなる位相制御部とを更に備えるパルスチュー
ブ冷凍機であり、第１の空間に前記の位相制御部が収納
され、第２の空間に前記のパルスチューブ部が収納され
ていることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項３】請求項１に記載の極低温冷却装置におい
て、前記冷凍機が、蓄冷器とパルス管と冷却端からなる
パルスチューブ部と、イナータンスチューブとバッファ
タンクからなる位相制御部とを更に備えるパルスチュー
ブ冷凍機であり、第１の空間に前記の位相制御部のイナ
ータンスチューブが収納され、第２の空間に前記のパル
スチューブ部と前記の位相制御部のバッファタンクが収
納されていることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の極低温
冷却装置において、圧縮機と膨張機が連通管を介するこ
となく直接一体に連結されていることを特徴とする極低
温冷却装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の極低温
冷却装置において、圧縮機と膨張機の外面に放熱器が付
設されていることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の極低温
冷却装置において、筐体内を分割する仕切り板が良熱伝
導性材料により形成され、かつ、該仕切り板に膨張機が
熱的に連結されていることを特徴とする極低温冷却装
置。
【請求項７】請求項１乃至５のいずれかに記載の極低温
冷却装置において、筐体内を分割する仕切り板が良熱伝
導性材料により形成され、かつ、該仕切り板と前記電源
部との間に伝熱部材が取付けられていることを特徴とす
る極低温冷却装置。
【請求項８】請求項６または７に記載の極低温冷却装置
において、前記仕切り板の第１の空間側の面に放熱器が
取り付けられていることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項９】請求項１乃至６のいずれかに記載の極低温
冷却装置において、電源部が第２の空間の筐体内壁面に
熱的に固定され、該筐体内壁面に相対する外壁面に放熱
器が取り付けられ、該放熱器に面して風路が設けられ、
かつ、第１の空間に設けられたファンの作用により該風
路に外気が流通するよう構成されていることを特徴とす
る極低温冷却装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の極低
温冷却装置において、第１の空間の筐体の内側に、外気
の流通方向に延伸する風洞が筐体の壁面から空隙を介し
て備えられていることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の極低温冷却装置にお
いて、前記の風洞が、その内面の一部に圧縮機の外面の
一部を熱的に連結して配置されていることを特徴とする
極低温冷却装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の極低温冷却装置にお
いて、圧縮機の外面が、外気の流通方向に垂直な横断面
の外周が多角形をなす多面体形状を有し、その多面体の
一面が伝熱部材を介して前記の風洞の内面に熱的に連結
されていることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれかに記載の極
低温冷却装置において、真空容器に収納された被冷却体
が、通信用デバイス、若しくは赤外線センサー、若しく
は磁気センサーであることを特徴とする極低温冷却装
置。