JP2004502920A

JP2004502920A - ２段階低温冷却装置における温度安定性を得るための装置および方法

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Publication number: JP2004502920A
Application number: JP2002509703A
Authority: JP
Inventors: プライス、ケネス・ディー; カークコネル、カール・エス
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: DE60109615D1; EP1297285A1; CN1270146C; JP4824256B2; US6330800B1; IL148450A; IL148450A0; WO2002004875A1; EP1297285B1; DE60109615T2; CN1383481A

Abstract

ハイブリッド２段低温冷却装置は第１段インターフェース１０４およびスターリングエキスパンダ出口２９を有する第１段のスターリングエキスパンダ２０と、第１段インターフェース１０４と熱的に結合している熱エネルギ蓄積装置１０８と、パルス管入口３６を有する第２段のパルス管エキスパンダ３０とを備えている。ガス流通路３８はスターリングエキスパンダ出口２９とパルス管入口３６との間に延在し、熱交換装置２４はガス流通路３８と熱的に接触しているる。第１と第２の段の相対的な冷却パワーは、第２の段への増加された熱負荷に応じて第１の段に関して第２の段の冷却パワーを増加するように制御される。熱エネルギ蓄積装置１０８はこの期間中熱バッファとして作用し、相対的冷却パワーが第１の段の冷却パワーを増加するように調整された後に冷却される。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温冷却装置に関するものであり、特に，動作中に熱負荷状態が変化し、熱的に安定にされなければならない２段の低温冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙船および航空機のセンサその他の部品は、適切に機能するために約７７度Ｋまたはそれより低い低温に冷却されなければならない。液化されたガスおよび通常低温冷却装置と呼ばれている超低温用の冷却装置に対する熱接触を含む種々の方法が使用されている。液化されたガスの使用は通常短い期間の使用に限定される。低温冷却装置は典型的にガスの膨張によって機能し、それは周囲から熱を吸収する。冷却された部品の中間温度には単一段の膨張を使用して到達することができる。約４０度Ｋあるいはそれ以下のようなさらに低い温度がある種のセンサに必要とされるために、多段の膨張冷却装置が使用される。本発明は長い時間にわたってそのような非常に低い温度に連続的に冷却することが必要な用途に関係するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
冷却対象物から低温冷却装置によって除去されなければならない全体の熱負荷は、熱漏洩により、正常および異常動作状態中に広い範囲で変化する。熱負荷は通常は定常状態レベルにあるが、時として定常状態レベルに低下する前に高いピークレベルを有する。低温冷却装置は、熱負荷のこのような変動および一時的に高いレベルに関係なく、部品がその必要な動作温度に冷却される状態に維持できなければならない。熱負荷のこのような変動を処理しながら、低温冷却装置はほぼ一定したパワーレベルを抽出することができることが望ましく、パワーソースに変動に適合するように指令する必要があり、パワー要求の広い変化を行うことはできない。
【０００４】
この問題の１つの解決方法は最大の可能な熱負荷を処理するような低温冷却装置のサイズを与えることである。この方法は、低温冷却装置がビークルの大きさおよび重量を不必要に増加させ、定常状態の条件で必要とされるよりも大きく構成されなければならないという欠点を有している。このような過大な低温冷却装置はまた、熱負荷の変動に応じてパワーレベルが広い範囲で変化することを要求する。
【０００５】
それ故、センサおよびその他の部品を非常に低い温度に冷却するために改良された方法が必要とされている。本発明はこの必要性を満足させ、さらに関連した利点を与える。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低温に部品を冷却し、しかも熱負荷の広い範囲の変化に適合する低温冷却装置を提供する。低温冷却装置は最大熱負荷要求ではなく定常状態の熱負荷要求に対して大きさを定められている。それは熱負荷の変動に適合しながら、若干の変動は許容する定常状態の熱負荷により要求される温度に部品を維持することが要求されるレベルで連続的にパワーを引出す。
【０００７】
本発明によれば、ハイブリッド２段低温冷却装置は、第１段のインターフェースおよびスターリングエキスパンダ出口を有する第１段のスターリングエキスパンダと、パルス管入口を有する第２段のパルス管エキスパンダと、スターリングエキスパンダの出口とパルス管の入口との間に延在しているガス流通路と、ガス流通路と熱的に接触している熱交換装置とを具備している。熱エネルギ蓄積装置は第１段のインターフェースと熱的に結合している。熱エネルギ蓄積装置は任意の動作可能なタイプでよいが、３点冷却装置であることが好ましい。３点冷却装置は、窒素、アルゴン、メタンまたはネオンのような任意の動作流体を使用することができる。
【０００８】
第１段のスターリングエキスパンダは、エキスパンダ入口と第１段の再生装置とスターリングエキスパンダ出口とを有する膨張空間と、エキスパンダ入口を通って動作ガスを強制的に膨張空間に押込み、その後ガス流通路に供給するディスプレイサと、そのディスプレイサを駆動するモータとを備えている。さらに、モータを制御するモータ制御装置を備え、このモータ制御装置はディスプレイサのストロークおよび位相角度の少なくとも一方を変化させるように動作する（ここでディスプレイサの位相は圧力に対して測定される）。
【０００９】
パルス管エキスパンダは、パルス管入口と、このパルス管入口とガスが連通しているパルス管ガス空間とを含んでいる。パルス管ガス空間は第２段の再生装置と、パルス管ガスカラムと、流体制限と、サージタンクとを含んでいる。第２段の熱交換装置は、第２段の再生装置およびパルス管ガスカラムと熱的に結合されている。
【００１０】
したがって、最も好ましいハイブリッド２段低温冷却装置は、エキスパンダ入口と第１段の再生装置と出口とを有する膨張空間と、エキスパンダ入口を通って動作ガスを強制的に膨張空間に供給するディスプレイサとを具備している第１段のスターリングエキスパンダを備えている。また、第１段のスターリングエキスパンダの膨張空間と熱的に結合している熱エネルギ蓄積装置が設けられている。第２段のパルス管エキスパンダは、パルス管入口と、このパルス管入口とガスが連通し、第２段の再生装置と、パルス管ガスカラムと、流体制限と、サージタンクと、第２段の熱交換装置とを含んでおり、この第２の段の熱交換装置は第２段の再生装置およびパルス管ガスカラムと熱的に結合されている。ガス流通路はスターリングエキスパンダの膨張空間の出口とパルス管の入口との間でガスを連通させており、ガスの流通する熱交換装置がスターリングエキスパンダの膨張空間の出口とパルス管の入口との間にガス流通路に沿って配置されている。
【００１１】
多段低温冷却装置は、第１段のスターリングエキスパンダのディスプレイサを駆動するモータを動作させることによって第１段のスターリングエキスパンダと第２段のパルス管エキスパンダとの間で冷却パワーを割当る能力を備えている。熱負荷の増加が検出された場合には、モータは冷却されている部品がその要求された温度に維持されるように第２段のパルス管エキスパンダに対して増加した冷却パワーを割当る。第１段のスターリングエキスパンダへの冷却パワーは減少されるが、熱エネルギ蓄積装置が減少された冷却パワーで動作される第１段のスターリングエキスパンダによって除去することのできなかった第２段のパルス管エキスパンダのホット端部の熱の部分を一時的に吸収する。第２段のパルス管エキスパンダの熱負荷が定常状態レベルに近いレベルに戻されたとき、冷却パワーは第２段のパルス管エキスパンダから第１段のスターリングエキスパンダへ再割当てされて移動し、それによって一時的に熱エネルギ蓄積装置に蓄積されていた熱を除去して次の熱負荷のピークに対して再生して処理する。これらのサイクルを通して、低温冷却装置によって消費されたパワーレベルは、冷却パワーは必要に応じて再割当てされるが、ほぼ一定した状態に維持される。
【００１２】
したがって、本発明は通常の低温冷却装置にまさる進歩した低温冷却装置を提供する。本発明の低温冷却装置は定常状態の熱負荷要求に対する大きさであり、熱エネルギ蓄積装置がバッファとして作用する。明らかに、熱エネルギ蓄積装置は第１段のスターリングエキスパンダにおける低温冷却装置を安定させ、その一方で、第２段のパルス管エキスパンダの熱負荷における動作限界内で温度を維持することができる。したがって、熱エネルギ蓄積装置は冷却される部品よりも実質上高い温度で動作するが、冷却される部品の温度をほぼ一定に維持することを可能にする。
【００１３】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面と関連した好ましい実施形態の詳細な説明によって明らかにされるであろう。これらの実施形態は本発明の原理を例示として示されたものであって、本発明の技術的範囲をこの好ましい実施形態に限定するものではない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は２段のエキスパンダとも呼ばれる２段の低温冷却装置１０を示している。この２段の低温冷却装置１０は第１段のスターリングエキスパンダ２０と第２段のパルス管エキスパンダ３０とを備えている。第１段のスターリングエキスパンダ２０と第２段のパルス管エキスパンダ３０の構造および動作については以下詳細に説明する。コンプレッサ１００は例えばヘリウムのような圧縮された動作ガスを第１段のスターリングエキスパンダ２０に供給する。動作ガスは膨張空間２８中に膨張される。動作ガスはスターリングエキスパンダ出口２９を通って膨張空間２８から第２段のパルス管エキスパンダ３０のパルス管入口３６へ流れる。第１段のスターリングエキスパンダ２０と第２段のパルス管エキスパンダ３０との間に配置された第１段のインターフェース１０４について以下で詳細に説明する。第２段の熱インターフェース４１は第２段のパルス管エキスパンダ３０と、ここではセンサ１０６として示されている冷却される部品の形態の熱負荷との間に設けられている。
【００１５】
本発明の重要な特徴は、第１段のスターリングエキスパンダ２０と第２段のパルス管エキスパンダ３０との間のインターフェースである第１段のインターフェース１０４と熱的に結合されている熱エネルギ蓄積装置１０８が設けられていることである。熱エネルギ蓄積装置１０８は、第１段のスターリングエキスパンダ２０が動作して第１段のインターフェース１０４を冷却するときに第１段のインターフェース１０４を冷却するために必要な熱の除去が十分にできないようなとき、第１段のインターフェース１０４から余分な熱を吸収するように機能する。後述するように、このような状態は、高い熱フラックスが第２段の熱インターフェース４１（第２段のパルス管エキスパンダ３０と冷却される部品との間のインターフェース）に導入されるとき、冷却（冷凍）パワーを第２段のパルス管エキスパンダ３０に優先的に割当てたときに発生する。熱エネルギ蓄積装置１０８は任意の動作可能な形式のものでよいが、熱エネルギ蓄積装置が熱エネルギを吸収し、その後材料の相の変化により解放されるな形式のものであることが好ましい。熱は動作流体が加熱されてガス状態になる時に吸収され、動作流体が冷却されて固体または液体状態になるときに解放される。熱エネルギ蓄積装置１０８は他の応用で使用されて技術的に知られている３点冷却装置が好ましい。３点冷却装置のための動作流体は、窒素、アルゴン、メタンまたはネオンが好ましい。
【００１６】
図２乃至４は２段の低温冷却装置１０の動作素子をさらに詳細に示している。例示されたハイブリッド２段低温冷却装置１０の第１段のスターリングエキスパンダ２０は可撓的に設置されたスターリングエキスパンダ２０である。このスターリングエキスパンダ２０は、高圧室２２と、薄い壁のコールドシリンダを含むコールドヘッドと、膨張空間２８の暖かい端部に配置されたエキスパンダ入口２６と、膨張空間２８内に配置された可動ピストンまたはディスプレイサ２３と、第１段の再生装置（蓄熱装置）２１と、熱交換装置２４とを有している。
【００１７】
ディスプレイサ２３は可撓体２５上に吊されている。ディスプレイサ２３は高圧室２２の前端部に位置されたモータ１２によって駆動される。可撓体に吊されたバランサ２７は可動ディスプレイサ２３の慣性に対する慣性の反作用を与えるために使用される。
【００１８】
第２段パルス管エキスパンダ３０は、第２段の再生装置（再生熱交換器）３１と、パルス管３２と、位相角度制御オリフィスと、およびサージボリューム３３とを有している。パルス管３２は一端で第２段の熱インターフェース４１に結合されている。第２段の熱インターフェース４１は第１の端部キャップ４２を有し、それはパルス管ガスカラム３２を密封し、第２の端部キャップ４３は第２段の再生装置３１を密封している。第２段の熱交換装置４４は第２段の熱インターフェース４１中に設けられて、この熱インターフェース４１はパルス管３２と第２段の再生装置３１との間に結合されている。
【００１９】
流体がそれを通って流れる熱交換装置３４は第１段のスターリングエキスパンダ２０と第２段のパルス管入口の熱交換装置５１とパルス管出口の熱交換装置５２との間の熱インターフェース３５に配置されている。動作ガスはスターリングエキスパンダ出口２９とパルス管入口３６とのま延在するガス流通路３８に沿って流れる。熱交換装置２４はガス流通路３８と熱的に接触している。第３の端部キャップ５３は流体が流れる熱交換装置３４のパルス管のガスカラムの端部を密封する。ポート５４は流体が流れる熱交換装置３４中に配置され、その熱交換装置３４はサージボリューム３３に結合されて位相角度制御オリフィスとして機能する。
【００２０】
ハイブリッド２段低温冷却装置１０において、例えばヘリウムのような動作ガスは第１段のエキスパンダの入口２６に流れて第１の段の再生装置２１および熱交換装置２４に流入する。第１段のスターリングエキスパンダ２０内のコールドボリューム中へのガスの流れは第１段の再生装置２１および熱交換装置２４において再生される。ガスの一部は第１段の再生装置２１と熱交換装置２４との間の第１段の膨張ボリューム中に残留する。第２段の再生装置３１、パルス管３２、サージボリューム３３に連続するガスの部分は順次小さくなる。
【００２１】
他の多段エキスパンダと比較して本発明のハイブリッド２段低温冷却装置１０の大きい利点は、２つの段２０，３０の間の大きいパワーのシフトが容易にできることである。これはディスプレイサ２３のストロークおよび、または位相角度を変化することにより、およびサージボリューム３３中への質量流の分布を変更するポート５４（位相角度制御オリフィス）によって達成される。制御の付加的な程度は、例えば宇宙船の実際の熱環境において宇宙船の軌道上を含む任意の動作点における性能を最適にする。この特徴はハイブリッド２段低温冷却装置１０を使用するときパワーの節約を可能にする。
【００２２】
第１の段のスターリングエキスパンダ２０は、２段の低温冷却装置１０内のガスから熱負荷の大部分を除去するとき高い熱力学的効率を有する。第２段のパルス管エキスパンダ３０は付加的な冷凍能力とパワー効率の改善を与える。第２段のパルス管エキスパンダ３０はそれが可動部分がなく簡単な構造であるために製造の複雑性の増加が少ない。
【００２３】
第１の段と第２の段のエキスパンダ２０，３０の間の熱インターフェース３５における流体が流れる熱交換装置３４は、それらの間の熱インターフェース３５における熱伝導率が改善されることによって第１の段の効率を（通常のスターリングエキスパンダに比較して）顕著に改善する。スターリングエキスパンダ２０は等価な熱力学的パワーを有する通常の１段又は２段のパルス管冷却装置に比較してハイブリッドエキスパンダ１０の全体のデッドボリュームを減少させる。したがって、スターリングエキスパンダ２０は質量流の要求を減少し、それはコンプレッサの掃出しボリュームを減少させ、より小型のコンプレッサによって冷却することを可能にする。
【００２４】
再生装置の圧力降下はハイブリッド２段低温冷却装置１０においては比較的小さい。それはパルス管再生装置３１が減少された温度で動作するからである。したがってガスは高い密度を有し、低い粘性であり、その結果圧力低下が低くなる。
【００２５】
モータ制御装置７０は、少なくともディスプレイサ２３のストロークとモータの位相角度とを含むモータ１２の動作を制御する。熱負荷センサ７２はセンサ１０６および第２段のパルス管エキスパンダ３０と熱的に結合されている（この場合第２段の熱インターフェース４１において結合される）。熱負荷センサ７２は、第２段の熱インターフェース４１上の熱負荷をその温度を測定することによって測定する。熱負荷センサ７２の信号はモータ制御装置７０によって使用され、第１段のスターリングエキスパンダ２０と第２段のパルス管エキスパンダ３０との間の冷却パワーの割当てを決定する。
【００２６】
図５は、センサ１０６のような冷却されるべき部品を冷却するための好ましい方法を示している。ステップ８０のように低温冷却装置１０が設けられる。この低温冷却装置１０は最初にステップ８２のように定常状態のパワーの割当てで動作する。冷却（冷凍）パワーは、センサ１０６の必要な温度が定常状態の熱負荷で維持されるように第１段のスターリングエキスパンダ２０と第２段のパルス管エキスパンダ３０とに割当られる。その後、ステップ８４のように２つのエキスパンダ２０と３０の間で冷却パワーの再割当てが必要になる可能性がある。ステップ８６のように第１段のスターリングエキスパンダ２０により多くの冷却パワーを割当てられ（したがって第２段のパルス管エキスパンダ３０に対する冷却パワーは少ない）、あるいはステップ８８のように第２段のパルス管エキスパンダ３０により多くの冷却パワーを割当てられる（したがって第１段のスターリングエキスパンダ２０に対する冷却パワーは少ない）ことが可能である。
【００２７】
第２段の熱インターフェース４１に対する熱負荷を一時的に増加させる典型的な場合においては、ステップ８８に続いて第２段のパルス管エキスパンダ３０に対してさらに多くの冷却パワーを割当てる。この期間においては、第１段のスターリングエキスパンダ２０に対しては少ない冷却パワーしか割当てられないから、第１段のスターリングエキスパンダ２０は熱負荷要求を維持することができず、その後で低下する傾向があり、そのためその温度は上昇する。余分の熱は一時的に熱エネルギ蓄積装置１０８中に蓄積され、この熱エネルギ蓄積装置１０８は第２段のパルス管エキスパンダ３０に対する代わりのヒートシンクとして機能する。その後、第２段の熱インターフェース４１に対する熱負荷が一時的な高い負荷から定常状態レベルに低下して戻ったとき、ステップ８６のように冷却パワーは第１段にシフトされて熱エネルギ蓄積装置１０８中に蓄積された熱が再生され、次の高い熱負荷の期間に処理される。平衡状態に到達すると定常状態の冷却パワー８２が再開される。
【００２８】
冷却パワーの割当てはディスプレイサ２３のストロークの変更によって（モータ１２の振幅の変化を命令することによって）、あるいはディスプレイサ２３の位相角度の変更によって（モータ１２の位相角度の変化を命令することによって）行われる。図６のＡ乃至Ｃは通常の圧力−容積（ＰＶ）曲線を使用する冷却パワーの割当てを概略的に示している。図６のＡは図５のステップ８６に対応しており、全冷却パワーの比較的大きい部分が第１段のスターリングエキスパンダ２０に割当てられ、比較的小さい部分が第２段のパルス管エキスパンダ３０に割当られる。図６のＣは図５のステップ８８に対応しており、全冷却パワーの比較的小さい部分が第１段のスターリングエキスパンダ２０に割当てられ、比較的大きい部分が第２段のパルス管エキスパンダ３０に割当られる。図６のＢは図５のステップ８２に対応しており、冷却パワーはほぼ平衡されている。
【００２９】
本発明の方法は、２段の低温冷却装置１０のコンピュータモデルにより図７に示されるような結果が確認された。このモデルで第１段のスターリングエキスパンダ２０のディスプレイサ２３の動作位相角度は５０度から９０度に変化され、２つの段のそれぞれにおける冷却容量が計算された。図７は、３６．５度Ｋの第２段の負荷および窒素の３点熱エネルギ蓄積装置１０８を有する冷却装置に対する結果を示している。第１の段のディスプレイサ２３の位相角度が９０度から減少するとき、第１の段の冷却は減少し、第２の段の冷却は増加する。この場合、第２の段の冷却はほぼ２の係数で増加し、一方第１の段の冷却はほぼ７の係数で減少する。この動作状態は、熱エネルギ蓄積装置１０８が要求された第１の段の温度を維持している限り維持される。熱エネルギ蓄積装置１０８の冷却パワーが使い尽くされたとき、位相角度は９０度に戻り、第１の段の冷却は７の係数で増加し、熱エネルギ蓄積装置１０８は再チャージされ、別の高い熱負荷の動作サイクルの準備がされる。実際には、熱エネルギ蓄積装置１０８はサービスにおいて予測される全ての熱的変動に適合するような大きさにされている。
【００３０】
ハイブリッド２段低温冷却装置１０は軍事用および通信用に適合した低温冷却装置で使用されることができ、それらにおいては１つまたは２つの温度における高い効率の冷却が要求される。ハイブリッド２段低温冷却装置１０はまた小型で、軽量で、長寿命で、信頼性の高い価格が妥当で生産性の高いことが要求される用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
低温冷却装置の概略図。
【図２】
第１段のスターリングエキスパンダを有する低温冷却装置の断面の概略図。
【図３】
パルス管エキスパンダの概略断面図。
【図４】
図３の線４−４に沿ったパルス管エキスパンダの概略断面図。
【図５】
図１の低温冷却装置の動作のブロックフロー図。
【図６】
冷却パワーの大部分が第１段のスターリングエキスパンダに割当てられたＰＶ冷却のグラフ（図６Ａ）と、冷却パワーが２つの段の間で平衡しているＰＶ冷却のグラフ（図６Ｂ）と、冷却パワーが第２段のパルス管エキスパンダに割当てられたＰＶ冷却のグラフ（図６Ｃ）。
【図７】
低温冷却装置の動作のコンピュータシミュレーションの結果を表しているグラフ。

Claims

第１段のインターフェース（１０４）およびスターリングエキスパンダ出口（２９）を有する第１段のスターリングエキスパンダ（２０）と、
前記第１段のインターフェース（１０４）と熱的に結合している熱エネルギ蓄積装置（１０８）と、
パルス管入口（３６）を有する第２段のパルス管エキスパンダ（３０）と、
スターリングエキスパンダ出口（２９）とパルス管入口（３６）との間に延在しているガス流通路（３８）と、
ガス流通路（３８）と熱的に接触している熱交換装置（２４）とを具備しているハイブリッド２段低温冷却装置。
熱エネルギ蓄積装置（１０８）は３点冷却装置である請求項１記載の低温冷却装置。
熱エネルギ蓄積装置（１０８）は、窒素、アルゴン、メタンおよびネオンからなるグループから選択された動作流体を使用する３点冷却装置を含んでいる請求項１記載の低温冷却装置。
前記第１段のスターリングエキスパンダ（２０）は、
エキスパンダ入口（２６）とスターリングエキスパンダ出口（２９）とを有する膨張空間（２８）と、
エキスパンダ入口（２６）と第１段の再生装置を通って動作ガスを強制的に膨張空間（２８）に押込み、その後ガス流通路（３８）に供給するディスプレイサ（２３）と、
そのディスプレイサ（２３）を駆動するモータとを備えている請求項１乃至３のいずれか１項記載の低温冷却装置。
さらに、モータ（１２）を制御するモータ制御装置（７０）を具備し、このモータ制御装置はモータ（１２）のストロークおよび位相角度の少なくとも一方を変化させるように動作する請求項４記載の低温冷却装置。
さらに、熱負荷センサ（７２）を具備し、
モータ制御装置（７０）はこの熱負荷センサ（７２）の制御信号に応答する請求項５記載の低温冷却装置。
前記パルス管エキスパンダ（３０）は、
パルス管入口（３６）と、
パルス管入口（３６）とガスが連通し、第２段の再生装置（３１）と、パルス管（３２）ガスカラムと、サージボリュームとを含んでいるパルス管（３２）ガス空間と、
第２段の再生装置（３１）およびパルス管（３２）ガスカラムと熱的に結合されている第２段の熱交換装置（４４）とを備えている請求項１乃至６のいずれか１項記載の低温冷却装置。
第１段のスターリングエキスパンダ（２０）と、
前記第１段のスターリングエキスパンダ（２０）の膨張空間（２８）と熱的に結合している熱エネルギ蓄積装置（１０８）と、
第２段のパルス管エキスパンダ（３０）と、
スターリングエキスパンダ（２０）の膨張空間（２８）の出口（２９）とパルス管入口（３６）との間に延在してガスを流通させているガス流通路（３８）と、
スターリングエキスパンダ（２０）の膨張空間（２８）の出口（２９）とパルス管入口（３６）との間にガス流通路（３８）に沿って配置されたガス流が通過する熱交換装置（２４）とを具備し、
前記第１段のスターリングエキスパンダ（２０）は、
エキスパンダ入口（２６）と、第１段の再生装置（２１）と、出口（２９）とを有する膨張空間と、
エキスパンダ入口（２６）と第１段の再生装置（２１）を通って動作ガスを強制的に膨張空間（２８）に供給するディスプレイサ（２３）とを具備し、
前記第２段のパルス管エキスパンダ（３０）は、
パルス管入口（３６）と、
このパルス管入口（３６）とガスが流通可能であり、第２段の再生装置（３１）と、パルス管（３２）ガスカラムと、サージボリュームとを含んでいるパルス管（３２）ガス空間と、
第２の段の再生装置（３１）およびパルス管入口（３２）ガスカラムと熱的に結合している第２の段の熱交換装置（４４）とを具備しているハイブリッド２段低温冷却装置。
熱エネルギ蓄積装置（１０８）は３点冷却装置である請求項８記載の低温冷却装置。
熱エネルギ蓄積装置（１０８）は、窒素、アルゴン、メタンおよびネオンからなるグループから選択された動作流体を使用する３点冷却装置を含んでいる請求項８記載の低温冷却装置。