JP2019113281A

JP2019113281A - パルス管冷凍機およびパルス管冷凍機の製造方法

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Publication number: JP2019113281A
Application number: JP2017248798A
Authority: JP
Inventors: 名堯許; Meigyo Kyo; 貴士平山; Takashi Hirayama
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-26
Also published as: CN110017627A; CN110017627B; JP6901964B2; US10976080B2; US20190195538A1

Abstract

【課題】作動ガスとの熱交換面積の増加を低コストで実現しうる冷却ステージ構造をもつパルス管冷凍機を提供する。【解決手段】パルス管冷凍機１０は、第２段冷却ステージ３０と、挿入部材３２とを備える。第２段冷却ステージ３０は、側面開口部３０ａと、側面開口部３０ａから第２段冷却ステージ３０内へと横方向Ｂに延在する第１熱交換表面３０ｂと、を有する。挿入部材３２は、側面開口部３０ａを塞ぐように第２段冷却ステージ３０に固着された基端部３２ａと、基端部３２ａから横方向Ｂに延在し第１熱交換表面３０ｂと対向して第２段冷却ステージ３０内に配置された第２熱交換表面３２ｂと、を備える。第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの両方が作動ガスと接触するように第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの間に作動ガスを流すためのクリアランス３１が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、パルス管冷凍機およびパルス管冷凍機の製造方法に関する。

従来から、パルス管冷凍機の冷却ステージを冷却ステージ本体と蓋体から構成することが知られている。蓋体は冷却ステージ本体を覆うように装着される。蓋体は２つの接続孔を有し、これらはそれぞれパルス管と蓄冷器に接続される。よって冷却ステージ本体は蓋体を介してパルス管と蓄冷器に接続されている。冷却ステージ本体の天面には蓋体の一方の接続孔の真下から他方の接続孔の真下へと直線状に延びる多数のスリットが形成されている。これらスリットは蓄冷器からパルス管へのヘリウムガス流通路となり、冷却ステージ本体は熱交換器として機能する。

特開２００６−２８４０６１号公報

パルス管冷凍機の冷却ステージに上述のようなスリット式のガス流通路を設けることによりガスと冷却ステージの接触面積が広くなる。よって、熱交換効率が高まり、パルス管冷凍機の冷凍性能も向上される。しかし、スリット構造は、製造が煩雑であり、製造コストの上昇を招く。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、作動ガスとの熱交換面積の増加を低コストで実現しうる冷却ステージ構造をもつパルス管冷凍機を提供することにある。

本発明のある態様によると、パルス管冷凍機は、縦方向に延在するパルス管と、前記縦方向に延在し、横方向に前記パルス管と並列に配置された蓄冷器と、前記パルス管の縦方向一端部と前記蓄冷器の縦方向一端部との間に作動ガスを流すことができるように両者を連結する冷却ステージであって、側面開口部と、前記側面開口部から冷却ステージ内へと前記横方向に延在する第１熱交換表面と、を有する冷却ステージと、前記側面開口部を塞ぐように前記冷却ステージに固着された基端部と、前記基端部から前記横方向に延在し前記第１熱交換表面と対向して前記冷却ステージ内に配置された第２熱交換表面と、を備え、前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の両方が前記作動ガスと接触するように前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の間に前記作動ガスを流すためのクリアランスを形成する挿入部材と、を備える。

本発明のある態様によると、パルス管冷凍機の製造方法が提供される。前記パルス管冷凍機は、縦方向に延在するパルス管と、前記パルス管の縦方向に延在し、横方向に前記パルス管と並列に配置された蓄冷器と、を備える。前記方法は、冷却ステージに、側面開口部と、前記側面開口部から冷却ステージ内へと前記横方向に延在する第１熱交換表面とを形成することと、基端部と第２熱交換表面とを備える挿入部材を、前記第２熱交換表面が前記基端部から前記横方向に延在し前記第１熱交換表面と対向して前記冷却ステージ内に配置されるように前記側面開口部から挿入することと、前記基端部が前記側面開口部を塞ぐように前記挿入部材を前記冷却ステージに固着することと、前記パルス管の縦方向一端部と前記蓄冷器の縦方向一端部との間に作動ガスを流すことができるように両者を前記冷却ステージに連結することと、を備える。前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の両方が前記作動ガスと接触するように前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の間に前記作動ガスを流すためのクリアランスが形成される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、作動ガスとの熱交換面積の増加を低コストで実現しうる冷却ステージ構造をもつパルス管冷凍機を提供することができる。

実施の形態に係るパルス管冷凍機を示す概略図である。図１に示されるパルス管冷凍機の冷却ステージ構造の一例を示す概略斜視図である。実施の形態に係る挿入部材を示す概略斜視図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の冷却ステージ構造における作動ガス流れを示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の製造方法を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の冷却ステージ構造の他の例を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の冷却ステージ構造の他の例を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の冷却ステージ構造の他の例を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の冷却ステージ構造の他の例を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の冷却ステージ構造の他の例を示す概略図である。実施の形態に係るパルス管冷凍機の冷却ステージ構造の他の例を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。

図１は、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０を示す概略図である。パルス管冷凍機１０は、コールドヘッド１１と、圧縮機１２とを備える。コールドヘッド１１は、第１段冷却ステージ２８と第２段冷却ステージ３０とを備える。詳細は後述するが、コールドヘッド１１は、第２段冷却ステージ３０における流路形成と熱交換面積増加のために第２段冷却ステージ３０内に挿入される挿入部材３２をさらに備える。

パルス管冷凍機１０は、一例として、ＧＭ（Gifford-McMahon）方式の４バルブ型のパルス管冷凍機である。よって、パルス管冷凍機１０は、主圧力切換弁１４と、第１段蓄冷器１６と、第１段パルス管１８と、第１段副圧力切換弁２０および任意的に第１段流量調整要素２１を有する第１段位相制御機構と、を備える。圧縮機１２と主圧力切換弁１４によりパルス管冷凍機１０の振動流発生源が構成される。圧縮機１２は、振動流発生源と第１段位相制御機構とで共有されている。

また、パルス管冷凍機１０は、二段冷凍機であり、第２段蓄冷器２２と、第２段パルス管２４と、第２段副圧力切換弁２６および任意的に第２段流量調整要素２７を有する第２段位相制御機構と、をさらに備える。圧縮機１２は、第２段位相制御機構にも共有されている。

本書では、パルス管冷凍機１０の構成要素どうしの位置関係を説明するために、便宜上、縦方向Ａおよび横方向Ｂとの用語を用いる。通例、縦方向Ａと横方向Ｂはそれぞれ、パルス管（１８、２４）および蓄冷器（１６、２２）の軸方向と径方向にあたる。ただし、縦方向Ａと横方向Ｂは互いにおおよそ直交する方向であればよく、厳密な直交は要しない。また、縦方向Ａおよび横方向Ｂとの表記は、パルス管冷凍機１０がその使用場所に設置される姿勢を限定するものではない。パルス管冷凍機１０は所望される姿勢で設置可能であり、例えば、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ鉛直方向および水平方向に向けるようにして設置されてもよいし、反対に、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ水平方向および鉛直方向に向けるようにして設置されてもよい。あるいは、縦方向Ａおよび横方向Ｂをそれぞれ互いに異なる斜め方向に向けるようにして設置することも可能である。

２つの蓄冷器（１６、２２）は直列に接続され、縦方向Ａに延在する。２つのパルス管（１８、２４）はそれぞれ、縦方向Ａに延在する。第１段蓄冷器１６は、横方向Ｂに第１段パルス管１８と並列に配置され、第２段蓄冷器２２は、横方向Ｂに第２段パルス管２４と並列に配置されている。第１段パルス管１８は縦方向Ａに第１段蓄冷器１６とほぼ同じ長さを有し、第２段パルス管２４は、縦方向Ａに第１段蓄冷器１６と第２段蓄冷器２２の合計長さとほぼ同じ長さを有する。蓄冷器（１６、２２）とパルス管（１８、２４）は互いに概ね平行に配置されている。

圧縮機１２は、圧縮機吐出口１２ａと圧縮機吸入口１２ｂとを有し、回収した低圧ＰＬの作動ガスを圧縮して高圧ＰＨの作動ガスを生成するよう構成されている。圧縮機吐出口１２ａから第１段蓄冷器１６を通じて第１段パルス管１８に作動ガスが供給され、第１段パルス管１８から第１段蓄冷器１６を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。また、圧縮機吐出口１２ａから第１段蓄冷器１６、第２段蓄冷器２２を通じて第２段パルス管２４に作動ガスが供給され、第２段パルス管２４から第２段蓄冷器２２、第１段蓄冷器１６を通じて圧縮機吸入口１２ｂへと作動ガスが回収される。圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂはそれぞれ、パルス管冷凍機１０の高圧源および低圧源として機能する。作動ガスは、冷媒ガスとも称され、例えばヘリウムガスである。

主圧力切換弁１４は、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２とを有する。第１段副圧力切換弁２０は、第１段副吸気開閉弁Ｖ３と第１段副排気開閉弁Ｖ４とを有する。第２段副圧力切換弁２６は、第２段副吸気開閉弁Ｖ５と第２段副排気開閉弁Ｖ６とを有する。

パルス管冷凍機１０には、高圧ライン１３ａおよび低圧ライン１３ｂが設けられている。高圧ライン１３ａを通じて、高圧ＰＨの作動ガスが圧縮機１２からコールドヘッド１１に流れる。低圧ライン１３ｂを通じて、低圧ＰＬの作動ガスがコールドヘッド１１から圧縮機１２に流れる。高圧ライン１３ａは、圧縮機吐出口１２ａを吸気開閉バルブ（Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５）に接続する。低圧ライン１３ｂは、圧縮機吸入口１２ｂを排気開閉バルブ（Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６）に接続する。

第１段蓄冷器１６は、第１段蓄冷器高温端１６ａと、第１段蓄冷器低温端１６ｂとを有し、第１段蓄冷器高温端１６ａから第１段蓄冷器低温端１６ｂへと縦方向Ａに延在する。第１段蓄冷器高温端１６ａおよび第１段蓄冷器低温端１６ｂはそれぞれ、第１段蓄冷器１６の第１端および第２端とも称しうる。同様に、第２段蓄冷器２２は、第２段蓄冷器高温端２２ａと、第２段蓄冷器低温端２２ｂとを有し、第２段蓄冷器高温端２２ａから第２段蓄冷器低温端２２ｂへと縦方向Ａに延在する。第２段蓄冷器高温端２２ａおよび第２段蓄冷器低温端２２ｂはそれぞれ、第２段蓄冷器２２の第１端および第２端とも称しうる。第１段蓄冷器低温端１６ｂが、第２段蓄冷器高温端２２ａに連通している。

第１段パルス管１８は、第１段パルス管高温端１８ａと、第１段パルス管低温端１８ｂとを有し、第１段パルス管高温端１８ａから第１段パルス管低温端１８ｂへと縦方向Ａに延在する。第１段パルス管高温端１８ａおよび第１段パルス管低温端１８ｂはそれぞれ、第１段パルス管１８の第１端および第２端とも称しうる。

同様に、第２段パルス管２４は、第２段パルス管高温端２４ａと、第２段パルス管低温端２４ｂとを有し、第２段パルス管高温端２４ａから第２段パルス管低温端２４ｂへと縦方向Ａに延在する。第２段パルス管高温端２４ａおよび第２段パルス管低温端２４ｂはそれぞれ、第２段パルス管２４の第１端および第２端とも称しうる。

例示的な構成においては、蓄冷器（１６、２２）は内部に蓄冷材を充填した円筒状の管であり、パルス管（１８、２４）は内部を空洞とする円筒状の管である。

パルス管（１８、２４）の両端それぞれには、パルス管の軸方向に垂直な面内での作動ガス流速分布を均一化し、または所望の分布に調整するための整流器が設けられていてもよい。この整流器は、熱交換器としても機能する。

第１段蓄冷器１６および第１段パルス管１８は第１段冷却ステージ２８から同方向に延びており、第１段蓄冷器高温端１６ａおよび第１段パルス管高温端１８ａは、第１段冷却ステージ２８に対して同じ側に配置されている。このようにして、第１段蓄冷器１６、第１段パルス管１８、および第１段冷却ステージ２８は、Ｕ字状に配置されている。同様に、第２段蓄冷器２２および第２段パルス管２４は第２段冷却ステージ３０から同方向に延びており、第２段蓄冷器高温端２２ａおよび第２段パルス管高温端２４ａは、第２段冷却ステージ３０に対して同じ側に配置されている。このようにして、第２段蓄冷器２２、第２段パルス管２４、および第２段冷却ステージ３０は、Ｕ字状に配置されている。

第１段パルス管低温端１８ｂと第１段蓄冷器低温端１６ｂは、第１段冷却ステージ２８によって、構造的に接続され熱的に結合されている。第１段冷却ステージ２８には第１段連通路２９が形成されている。第１段連通路２９を通じて、第１段パルス管低温端１８ｂは、第１段蓄冷器低温端１６ｂと流体的に連通している。したがって、圧縮機１２から供給される作動ガスは、第１段蓄冷器低温端１６ｂから第１段連通路２９を通じて第１段パルス管低温端１８ｂへと流れることができる。第１段パルス管１８からの戻りガスは、第１段パルス管低温端１８ｂから第１段連通路２９を通じて第１段蓄冷器低温端１６ｂへと流れることができる。

同様に、第２段パルス管低温端２４ｂと第２段蓄冷器低温端２２ｂは、第２段冷却ステージ３０によって、構造的に接続され熱的に結合されている。第２段冷却ステージ３０の内部には、第２段連通路としてのクリアランス３１が形成されている。クリアランス３１は、第２段冷却ステージ３０と挿入部材３２との隙間である。クリアランス３１を通じて、第２段パルス管低温端２４ｂは、第２段蓄冷器低温端２２ｂと流体的に連通している。したがって、圧縮機１２から供給される作動ガスは、第２段蓄冷器低温端２２ｂからクリアランス３１を通じて第２段パルス管低温端２４ｂへと流れることができる。第２段パルス管２４からの戻りガスは、第２段パルス管低温端２４ｂからクリアランス３１を通じて第２段蓄冷器低温端２２ｂへと流れることができる。

このようにして、冷却ステージ（２８、３０）は、パルス管（１８、２４）の縦方向一端部（１８ｂ、２４ｂ）と蓄冷器（１６、２２）の縦方向一端部（１６ｂ、２２ｂ）との間に作動ガスを流すことができるように両者を連結する。

冷却ステージ（２８、３０）、および挿入部材３２は、例えば銅などの高熱伝導率の金属材料で形成される。ただし、冷却ステージ（２８、３０）と挿入部材３２が同じ材料で形成されることは必須ではなく、異なる材料で形成されてもよい。

第２段冷却ステージ３０には、被冷却物３４が熱的に結合されている。被冷却物３４は、第２段冷却ステージ３０上に直接設置され、または第２段冷却ステージ３０に剛性または可撓性の伝熱部材を介して熱的に結合されてもよい。パルス管冷凍機１０は、第２段冷却ステージ３０からの伝導冷却によって被冷却物３４を冷却することができる。なおパルス管冷凍機１０によって冷却される被冷却物３４は、超伝導電磁石またはその他の超伝導装置、あるいは赤外線撮像素子またはその他のセンサなど固形物には限られない。パルス管冷凍機１０は第２段冷却ステージ３０に接触する気体または液体を冷却することもできる。

また、言うまでもなく、第１段冷却ステージ２８が、被冷却物３４とは別の被冷却物を冷却してもよい。たとえば、第１段冷却ステージ２８には、被冷却物３４への熱侵入を低減または防止するための輻射シールドが熱的に結合されていてもよい。

一方、第１段蓄冷器高温端１６ａ、第１段パルス管高温端１８ａ、および第２段パルス管高温端２４ａは、フランジ部３６によって接続されている。フランジ部３６は、パルス管冷凍機１０が設置される支持台または支持壁などの支持部３８に取り付けられる。支持部３８は、冷却ステージ（２８、３０）および被冷却物３４を収容する断熱容器または真空容器の壁材またはその他の部位であってもよい。

フランジ部３６の一方の主表面からパルス管（１８、２４）および蓄冷器（１６、２２）が冷却ステージ（２８、３０）へと延び、フランジ部３６の他方の主表面にはバルブ部４０が設けられている。バルブ部４０には、主圧力切換弁１４、第１段副圧力切換弁２０、および第２段副圧力切換弁２６が収容されている。したがって、支持部３８が断熱容器または真空容器の一部を構成する場合には、フランジ部３６が支持部３８に取り付けられるとき、パルス管（１８、２４）、蓄冷器（１６、２２）、および冷却ステージ（２８、３０）は、当該容器内に収容され、バルブ部４０は、容器外に配置される。

なお、バルブ部４０は、フランジ部３６に直接取り付けられている必要はない。バルブ部４０は、パルス管冷凍機１０のコールドヘッド１１から分離して配置され、剛性または可撓性の配管によりコールドヘッド１１に接続されてもよい。こうして、パルス管冷凍機１０の位相制御機構がコールドヘッド１１から分離して配置されてもよい。

主圧力切換弁１４は、パルス管（１８、２４）内に圧力振動を生成すべく第１段蓄冷器高温端１６ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。主圧力切換弁１４は、主吸気開閉弁Ｖ１と主排気開閉弁Ｖ２のうち一方が開いているとき他方は閉じているように構成されている。主吸気開閉弁Ｖ１が圧縮機吐出口１２ａを第１段蓄冷器高温端１６ａに接続し、主排気開閉弁Ｖ２が圧縮機吸入口１２ｂを第１段蓄冷器高温端１６ａに接続する。

主吸気開閉弁Ｖ１が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａおよび主吸気開閉弁Ｖ１を通じて蓄冷器（１６、２２）に作動ガスが供給される。作動ガスはさらに、第１段蓄冷器１６から第１段連通路２９を通じて第１段パルス管１８に供給されるとともに、第２段蓄冷器２２からクリアランス３１を通じて第２段パルス管２４に供給される。一方、主排気開閉弁Ｖ２が開いているとき、パルス管（１８、２４）から蓄冷器（１６、２２）、主排気開閉弁Ｖ２、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。

第１段副圧力切換弁２０は、第１段パルス管高温端１８ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。第１段副圧力切換弁２０は、第１段副吸気開閉弁Ｖ３と第１段副排気開閉弁Ｖ４のうち一方が開いているとき他方は閉じているように構成されている。第１段副吸気開閉弁Ｖ３が圧縮機吐出口１２ａを第１段パルス管高温端１８ａに接続し、第１段副排気開閉弁Ｖ４が圧縮機吸入口１２ｂを第１段パルス管高温端１８ａに接続する。

第１段副吸気開閉弁Ｖ３が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ第１段副吸気開閉弁Ｖ３、および第１段パルス管高温端１８ａを通じて第１段パルス管１８に作動ガスが供給される。一方、第１段副排気開閉弁Ｖ４が開いているとき、第１段パルス管１８から第１段パルス管高温端１８ａ、第１段副排気開閉弁Ｖ４、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。

第２段副圧力切換弁２６は、第２段パルス管高温端２４ａを圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂに交互に接続するように構成されている。第２段副圧力切換弁２６は、第２段副吸気開閉弁Ｖ５と第２段副排気開閉弁Ｖ６のうち一方が開いているとき他方は閉じているように構成されている。第２段副吸気開閉弁Ｖ５が圧縮機吐出口１２ａを第２段パルス管高温端２４ａに接続し、第２段副排気開閉弁Ｖ６が圧縮機吸入口１２ｂを第２段パルス管高温端２４ａに接続する。

第２段副吸気開閉弁Ｖ５が開いているとき、圧縮機吐出口１２ａから高圧ライン１３ａ第２段副吸気開閉弁Ｖ５、および第２段パルス管高温端２４ａを通じて第２段パルス管２４に作動ガスが供給される。一方、第２段副排気開閉弁Ｖ６が開いているとき、第２段パルス管２４から第２段パルス管高温端２４ａ、第２段副排気開閉弁Ｖ６、および低圧ライン１３ｂを通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。

これらのバルブ（Ｖ１〜Ｖ６）のバルブタイミングとしては、既存の４バルブ型パルス管冷凍機に適用しうる種々のバルブタイミングを採用することができる。

バルブ（Ｖ１〜Ｖ６）の具体的構成は種々ありうる。例えば、一群のバルブ（Ｖ１〜Ｖ６）は、例えば電磁開閉弁などの複数の個別に制御可能なバルブの形式をとってもよい。バルブ（Ｖ１〜Ｖ６）は、ロータリーバルブとして構成されてもよい。

このような構成により、パルス管冷凍機１０は、パルス管（１８、２４）内に高圧ＰＨと低圧ＰＬの作動ガス圧力振動を生成する。圧力振動と同期して適切な位相遅れをもって、パルス管（１８、２４）内で作動ガスの変位振動すなわちガスピストンの往復動が生じる。ある圧力を保持しながらパルス管（１８、２４）内を上下に周期的に往復する作動ガスの動きは、しばしば「ガスピストン」と称され、パルス管冷凍機１０の動作を説明するためによく用いられる。ガスピストンがパルス管高温端（１８ａ、２４ａ）またはその近傍にあるときパルス管低温端（１８ｂ、２４ｂ）で作動ガスが膨張し、寒冷が発生する。このような冷凍サイクルを繰り返すことにより、パルス管冷凍機１０は、冷却ステージ（２８、３０）を冷却することができる。したがって、パルス管冷凍機１０は、被冷却物３４を冷却することができる。

図１とともに図２から図４を参照して、第２段冷却ステージ３０の構成をさらに詳しく述べる。図２は、図１に示されるパルス管冷凍機１０の第２段冷却ステージ３０およびその周囲を示す概略斜視図である。図３は、実施の形態に係る挿入部材３２を示す概略斜視図である。図４は、図１に示されるパルス管冷凍機１０の第２段冷却ステージ３０と挿入部材３２との間を流れる作動ガス流れを示す概略図である。

第２段冷却ステージ３０は、側面開口部３０ａと、第１熱交換表面３０ｂとを有する。また、第２段冷却ステージ３０は、上面３０ｃ、側面３０ｄ、および下面３０ｅを有する。

第２段冷却ステージ３０は、一例として、短い円柱状、または円板状の形状を有する。第２段冷却ステージ３０の縦方向Ａの高さ、すなわち上面３０ｃから下面３０ｅへの距離は、第２段冷却ステージ３０の直径より小さく、例えば、第２段冷却ステージ３０の直径の半分より小さい。上面３０ｃには、第２段蓄冷器低温端２２ｂおよび第２段パルス管低温端２４ｂが接合されている。上面３０ｃにおいて、第２段蓄冷器低温端２２ｂと第２段パルス管低温端２４ｂは横方向Ｂに互いに離れている。側面３０ｄには、側面開口部３０ａが形成されている。下面３０ｅには、被冷却物３４が設置されている。

側面開口部３０ａは、一例として、第２段冷却ステージ３０の側面３０ｄに形成された概ね円形状の開口であり、その直径は、第２段冷却ステージ３０の縦方向Ａの高さより小さい。側面開口部３０ａの直径は、第２段冷却ステージ３０の縦方向Ａの高さの半分より小さくてもよい。

第１熱交換表面３０ｂは、側面開口部３０ａから第２段冷却ステージ３０内へと横方向Ｂに延在する。第１熱交換表面３０ｂは、挿入部材３２を受け入れるための第２段冷却ステージ３０内の空洞部を画定する。この空洞部は、側面開口部３０ａから第２段冷却ステージ３０内へと横方向Ｂに形成されたいわば横穴である。空洞部は、側面開口部３０ａから横方向Ｂに離れた最深部で第２段冷却ステージ３０を貫通せずに行き止まりとなっている。よって、側面開口部３０ａがこの空洞部を第２段冷却ステージ３０の外部につなぐ唯一の出口である。側面開口部３０ａが塞がれたときには空洞部は外部から隔離され、空洞部から作動ガスが漏れることはない。

また、第２段冷却ステージ３０は、第１上面開口部３０ｆ、蓄冷器連通路３０ｇ、第２上面開口部３０ｈ、およびパルス管連通路３０ｉを有する。

第１上面開口部３０ｆは、第２段蓄冷器２２を第２段冷却ステージ３０に取り付けるために、第２段冷却ステージ３０の上面３０ｃに形成されている。第１上面開口部３０ｆは、第２段冷却ステージ３０の上面３０ｃにおいて概ね円形状の開口であり、その直径は、第２段蓄冷器２２の直径に等しい。ろう付けなど適宜の接合方法により、第２段蓄冷器低温端２２ｂが第１上面開口部３０ｆに固着される。

蓄冷器連通路３０ｇは、第１熱交換表面３０ｂに開口し、クリアランス３１を第２段蓄冷器低温端２２ｂに連通する。蓄冷器連通路３０ｇは、第１上面開口部３０ｆから第２段冷却ステージ３０内の空洞部へと縦方向Ａに形成されたいわば縦穴である。蓄冷器連通路３０ｇの直径は第１上面開口部３０ｆの直径より小さくなっている。第２段蓄冷器低温端２２ｂから蓄冷器連通路３０ｇを通じてクリアランス３１に作動ガスが流れることができる。

第２上面開口部３０ｈは、第２段パルス管２４を第２段冷却ステージ３０に取り付けるために、第２段冷却ステージ３０の上面３０ｃに形成されている。第２上面開口部３０ｈは、第２段冷却ステージ３０の上面３０ｃにおいて概ね円形状の開口であり、その直径は、第２段パルス管２４の直径に等しい。ろう付けなど適宜の接合方法により、第２段パルス管２４が第２上面開口部３０ｈに固着される。

パルス管連通路３０ｉは、第１熱交換表面３０ｂに開口し、クリアランス３１を第２段パルス管低温端２４ｂに連通する。パルス管連通路３０ｉは、第２上面開口部３０ｈから第２段冷却ステージ３０内の空洞部へと縦方向Ａに形成されたもう１つの縦穴である。パルス管連通路３０ｉの直径は第２上面開口部３０ｈの直径より小さくなっている。第２段パルス管低温端２４ｂからパルス管連通路３０ｉを通じてクリアランス３１に作動ガスが流れることができる。

挿入部材３２は、基端部３２ａと、第２熱交換表面３２ｂとを備える。また、挿入部材３２は、基端部３２ａから横方向Ｂに突出し、第２熱交換表面３２ｂを外面とする中実棒状部３２ｃを備える。

挿入部材３２は、一例として、丸棒状の形状を有する。中実棒状部３２ｃは基端部３２ａから同軸に延びている。横方向Ｂの長さに関して、中実棒状部３２ｃは、基端部３２ａよりも長い。例えば、中実棒状部３２ｃは、基端部３２ａに比べて横方向Ｂに、２倍、５倍、または１０倍長い。また、基端部３２ａの直径よりも、中実棒状部３２ｃの直径は小さい。基端部３２ａの直径と横方向Ｂの長さは同程度であるか、直径のほうが長くてもよい。中実棒状部３２ｃの横方向Ｂの長さは、中実棒状部３２ｃの直径よりも長く、例えば２倍、５倍、または１０倍長い。このようにして、挿入部材３２は、横方向Ｂに細長く延びた形状を有する。よって、横方向Ｂは挿入部材３２の軸方向とも言える。縦方向Ａは挿入部材３２の径方向とも言える。

基端部３２ａは、側面開口部３０ａを塞ぐように第２段冷却ステージ３０に固着されている。基端部３２ａの直径は、側面開口部３０ａの直径に等しい。ろう付けなど適宜の接合方法により、基端部３２ａが側面開口部３０ａに固着される。基端部３２ａと側面開口部３０ａとの境界には接合界面４２が形成される。ろう付け接合の場合には、接合界面４２は、ろう材と、第２段冷却ステージ３０の母材と、挿入部材３２の母材とを含有する。こうして、挿入部材３２は、第２段冷却ステージ３０と一体化されるとともに、第２段冷却ステージ３０と熱的に結合されている。

第２熱交換表面３２ｂは、基端部３２ａから横方向Ｂに延在し第１熱交換表面３０ｂと対向して第２段冷却ステージ３０内に配置されている。よって、挿入部材３２は、第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの両方が作動ガスと接触するように第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの間に作動ガスを流すためのクリアランス３１を形成する。

一例として、第２熱交換表面３２ｂは横方向Ｂに延びる円筒状の表面であり、第１熱交換表面３０ｂは第２熱交換表面３２ｂを取り囲むように横方向Ｂに延びる円筒状の表面であり、両者は同軸に配置されている。第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂは接触していない。第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの間には、作動ガスを横方向Ｂに流すための横方向ガス流路３１ａが形成される。横方向ガス流路３１ａはクリアランス３１の一部となっている。

挿入部材３２の先端部３２ｄ、すなわち、基端部３２ａとは横方向Ｂに反対側の中実棒状部３２ｃの末端は、第２段冷却ステージ３０内の空洞部の最深部との間にいくらかの隙間３１ｂをあけている。挿入部材３２の先端部３２ｄは、第１熱交換表面３０ｂと接触していない。この隙間３１ｂもクリアランス３１の一部となっている。一例として、隙間３１ｂは、蓄冷器連通路３０ｇの直下に位置し、蓄冷器連通路３０ｇを出るガスは隙間３１ｂに流入する。

蓄冷器連通路３０ｇとパルス管連通路３０ｉは、横方向Ｂに並んで配置されている。蓄冷器連通路３０ｇとパルス管連通路３０ｉは、第２段冷却ステージ３０の上面３０ｃの中心を挟んで互いに反対側に位置する。側面開口部３０ａは、パルス管連通路３０ｉの近くに位置する。挿入部材３２が延びる方向と、蓄冷器連通路３０ｇとパルス管連通路３０ｉが並ぶ方向は一致し、それらはともに横方向Ｂである。

なお、第２段蓄冷器２２と第２段パルス管２４の位置関係は反対でもよい。つまり、側面開口部３０ａは、第２段パルス管２４の近くではなく、第２段蓄冷器２２の近くに位置してもよい。その場合、挿入部材３２は、基端部３２ａから蓄冷器連通路３０ｇの直下を延在し、挿入部材３２の先端部３２ｄはパルス管連通路３０ｉの直下または近傍に達する。

図４には、第２段蓄冷器２２から第２段パルス管２４に作動ガスが流れるときのクリアランス３１における作動ガス流れが概略的に例示されている。第２段冷却ステージ３０内に挿入部材３２が配置されているので、第２段蓄冷器２２から第２段冷却ステージ３０に流入する作動ガスは、挿入部材３２により複数の方向に分岐される。

第２段蓄冷器低温端２２ｂから蓄冷器連通路３０ｇを通じてクリアランス３１に作動ガスが流入する。作動ガスの一部は、蓄冷器連通路３０ｇから横方向ガス流路３１ａへと直接流入する（矢印Ｃ１）。作動ガスの他の一部は、蓄冷器連通路３０ｇから隙間３１ｂを経て横方向ガス流路３１ａへと流入する（矢印Ｃ２）。このように挿入部材３２の先端部３２ｄで複数の方向に分岐した作動ガスは、中実棒状部３２ｃを取り囲むようにクリアランス３１を流れる。作動ガスは、パルス管連通路３０ｉへと合流し、第２段パルス管低温端２４ｂへとさらに流れる（矢印Ｃ３）。

同様に、第２段パルス管２４から第２段蓄冷器２２に作動ガスが流れるときも、作動ガスは、挿入部材３２により複数の方向に分岐され、クリアランス３１を流れることができる。

実施の形態に係るパルス管冷凍機１０によれば、第２段冷却ステージ３０に挿入部材３２が挿入され、作動ガスを流すためのクリアランス３１が第２段冷却ステージ３０内で挿入部材３２の周りに形成される。クリアランス３１は、第２段冷却ステージ３０の第１熱交換表面３０ｂと挿入部材３２の第２熱交換表面３２ｂの間に形成されている。そのため、クリアランス３１を通る作動ガス流れは、第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの両方と接触し、熱交換をすることができる。

仮に、挿入部材３２が設けられていない場合には、第２熱交換表面３２ｂも存在しない。そのため、作動ガスは、第１熱交換表面３０ｂのみと熱交換をすることになる。ところが、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０によれば、第２段冷却ステージ３０に挿入部材３２が挿入され、その表面が第２熱交換表面３２ｂとして利用される。したがって、熱交換面積を増加することができる。第２段冷却ステージ３０での熱交換効率が高まり、パルス管冷凍機１０の冷凍性能の向上も期待される。

また、実施の形態に係る挿入部材３２は比較的単純な形状、例えば丸棒状の形状を有する。対応して、挿入部材３２を受け入れる第２段冷却ステージ３０の空洞部も比較的単純な形状であればよい。したがって、実施の形態に係る冷却ステージ構造は、従来知られるスリット式の熱交換器のような複雑な形状と比べて、製造が容易であり、製造コストも低く抑えられる。とくに、挿入部材３２が中実棒状部３２ｃを有する場合には、形状が単純であり、製造上の利点が大きい。

図５を参照して、実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の製造方法の一例を説明する。パルス管冷凍機１０の製造方法のうち第２段冷却ステージ３０の製造に関する主要な工程が以下に説明される。

まず、第２段冷却ステージ３０に、側面開口部３０ａと第１熱交換表面３０ｂが形成される（Ｓ１０）。こうして、第２段冷却ステージ３０内に空洞部４４が形成される。空洞部４４は、銅などの高熱伝導材料のブロックの側面（第２段冷却ステージ３０の側面３０ｄに相当）に適宜の機械加工を施すことによって形成される。上述のように、第１熱交換表面３０ｂは、側面開口部３０ａから第２段冷却ステージ３０内へと横方向Ｂに延在する。併せて、ブロックの上面（第２段冷却ステージ３０の上面３０ｃに相当）に適宜の機械加工を施すことによって、第１上面開口部３０ｆ、蓄冷器連通路３０ｇ、第２上面開口部３０ｈ、パルス管連通路３０ｉが形成される。これらの縦穴（３０ｆ〜３０ｉ）は、上面３０ｃから第２段冷却ステージ３０内へと縦方向Ａに延在する。

この開口形成工程は、銅などの高熱伝導材料の鋳造を含んでもよい。側面開口部３０ａ、第１熱交換表面３０ｂ、空洞部４４、及び／または、必要に応じてその他の開口（３０ｆ〜３０ｉ）を有するブロックが、鋳造により形成されてもよい。

次に、挿入部材３２が側面開口部３０ａから第２段冷却ステージ３０の空洞部４４に挿入される（Ｓ１１）。そのために、基端部３２ａと第２熱交換表面３２ｂを備える挿入部材３２が準備される。上述のように、挿入部材３２は、基端部３２ａから延び第２熱交換表面３２ｂを有する中実棒状部３２ｃを有する。挿入部材３２は、中実棒状部３２ｃの先端部３２ｄから側面開口部３０ａに進入するようにして空洞部４４に挿入される。こうして、第２熱交換表面３２ｂが基端部３２ａから横方向Ｂに延在するとともに第１熱交換表面３０ｂと対向して、第２段冷却ステージ３０内に配置される。基端部３２ａと側面開口部３０ａの形状の一致により、基端部３２ａは側面開口部３０ａに嵌る。それにより、第２熱交換表面３２ｂが第１熱交換表面３０ｂと接触しないように中実棒状部３２ｃは空洞部４４内で支持される。挿入部材３２の挿入は、例えば手作業で行うことができる。

挿入部材３２は、基端部３２ａが側面開口部３０ａを塞ぐように第２段冷却ステージ３０に固着される（Ｓ１２）。ろう付けなど適宜の接合方法により、基端部３２ａが側面開口部３０ａに接合される。上述のように基端部３２ａと側面開口部３０ａとの境界には接合界面４２が形成される。こうして、挿入部材３２は第２段冷却ステージ３０と一体化され、両者は分離不能となる。

さらに、第２段パルス管低温端２４ｂと第２段蓄冷器低温端２２ｂが、第２段冷却ステージ３０を通じて両者間を相互に作動ガスが流れることができるように、第２段冷却ステージ３０に連結される（Ｓ１３）。第２段蓄冷器低温端２２ｂが第１上面開口部３０ｆに挿入され、第２段パルス管低温端２４ｂが第２上面開口部３０ｈに挿入される。この連結は、ろう付けなど適宜の接合方法を用いて行うことができる。ろう付けにより接合する場合には、この連結工程（Ｓ１３）は、挿入部材３２の固着工程（Ｓ１２）と一緒に行われてもよい。

このようにして、第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの両方が作動ガスと接触するように第１熱交換表面３０ｂと第２熱交換表面３２ｂの間に作動ガスを流すためのクリアランス３１が形成される。挿入部材３２を第２段冷却ステージ３０に挿入しクリアランス３１を形成することにより、作動ガスは、第１熱交換表面３０ｂだけでなく第２熱交換表面３２ｂとも熱交換をすることができる。熱交換面積が増加され、第２段冷却ステージ３０での熱交換効率が高まり、パルス管冷凍機１０の冷凍性能の向上が期待される。

実施の形態に係るパルス管冷凍機１０の製造方法によれば、第２段冷却ステージ３０に挿入部材３２を挿入して固着するという比較的簡単な方法で、作動ガスとの熱交換面積を増加できる。よって、作動ガスとの熱交換面積の増加を低コストで実現しうる冷却ステージ構造をもつパルス管冷凍機１０を提供することができる。

実施の形態に係る冷却ステージ構造の具体的構成は種々ありうる。図６から図１１を参照していくつかの例を以下に述べる。

図６に示されるように、第２熱交換表面３２ｂには、溝４６が形成されていてもよい。溝４６は、例えば、挿入部材３２の棒状部に形成されたらせん状の溝であってもよいし、その他任意の凹凸であってもよい。このように、溝４６または凹凸を形成することにより、第２熱交換表面３２ｂの面積を増加することができる。なお、こうした溝４６または凹凸などの面積増加手段は、第１熱交換表面３０ｂに付加されてもよいし、あるいは、クリアランス３１に流れる作動ガスと接触するそのほか任意の熱交換表面（例えば、後述する第３熱交換表面５４）に付加されてもよい。

図７に示されるように、挿入部材３２は、冷却ステージ、例えば第２段冷却ステージ３０に支持された先端部３２ｄを備えてもよい。挿入部材３２の先端部３２ｄが第２段冷却ステージ３０の挿入部材支持穴３０ｊによって支持される。挿入部材支持穴３０ｊは、第２段冷却ステージ３０の空洞部の最深部に形成されており、挿入部材３２が第２段冷却ステージ３０の空洞部に挿入されたとき、挿入部材３２の先端部３２ｄが挿入部材支持穴３０ｊに差し込まれる。先端部３２ｄは先細となる形状を有してもよい。このようにして挿入部材３２が両端（３２ａ、３２ｄ）で支持されることにより、挿入部材３２が基端部３２ａのみで支持されるのに比べて、挿入部材３２の偏心や撓みを抑制しやすくなる。クリアランス３１を設計上の寸法で実現することが容易になる。

図８に示されるように、挿入部材３２は、基端部３２ａから横方向Ｂに突出し、第２熱交換表面３２ｂを外面とする中空棒状部５２を備えてもよい。中空棒状部５２は、横方向Ｂに延在し作動ガスと接触する第３熱交換表面５４を内面とするように中空に形成されている。中空棒状部５２は、先端部３２ｄに開口するとともに、基端部３２ａ側にも複数のガス流通穴５６を有する。ガス流通穴５６は、基端部３２ａと横方向Ｂに隣接して配置されている。ガス流通穴５６は、第２段冷却ステージ３０の中心部に対してパルス管連通路３０ｉよりも外側に位置してもよい。

図８には、第２段蓄冷器２２から第２段冷却ステージ３０を通じて第２段パルス管２４へと流れる作動ガス流れが矢印で例示される。図示されるように、作動ガスは、第２段蓄冷器低温端２２ｂから蓄冷器連通路３０ｇを通じて第２段冷却ステージ３０内に流入し、いくつかの作動ガス流れへと分岐する。一部の作動ガスは、クリアランス３１を通じてパルス管連通路３０ｉへと向かう。他の一部の作動ガスは、先端部３２ｄから挿入部材３２の中空部に流入し、第３熱交換表面５４と熱交換しながら、ガス流通穴５６へと流れることができる。ガス流通穴５６を出た作動ガスは、クリアランス３１からの作動ガスと合流して、パルス管連通路３０ｉを通じて第２段パルス管低温端２４ｂへと流れる。逆に、第２段パルス管２４から第２段蓄冷器２２に作動ガスが流れるときも、作動ガスはクリアランス３１と挿入部材３２の中空部に分岐して流れることができる。

このようにすれば、作動ガスは、第２段冷却ステージ３０内で第１熱交換表面３０ｂ、第２熱交換表面３２ｂ、および第３熱交換表面５４と接触し、熱交換をすることができる。熱交換面積がさらに増加され、第２段冷却ステージ３０での熱交換効率が高まり、パルス管冷凍機１０の冷凍性能の向上も期待される。

図９に示されるように、第２熱交換表面３２ｂは、パルス管対向領域４８と、蓄冷器対向領域５０とを有してもよい。パルス管対向領域４８は、第２熱交換表面３２ｂのうちパルス管連通路３０ｉに対向する領域である。よって、パルス管対向領域４８は、パルス管連通路３０ｉからクリアランス３１に入る作動ガス流れを受ける。蓄冷器対向領域５０は、第２熱交換表面３２ｂのうち蓄冷器連通路３０ｇに対向する領域である。よって、蓄冷器対向領域５０は、蓄冷器連通路３０ｇからクリアランス３１に入る作動ガスを受ける。

挿入部材３２は、基端部３２ａから蓄冷器連通路３０ｇおよびパルス管連通路３０ｉを越えて延在してもよい。挿入部材３２の先端部３２ｄは、第２段冷却ステージ３０の中心部に対して第２段蓄冷器２２および第２段パルス管２４よりも外側に位置してもよい。

挿入部材３２は、第３熱交換表面５４を内面とする中空棒状部５２を備える。挿入部材３２の先端部３２ｄは、第２段冷却ステージ３０の挿入部材支持穴３０ｊによって支持される。そのため、中空棒状部５２は、先端部３２ｄ側にも複数のガス流通穴５８を有する。ガス流通穴５８は、先端部３２ｄと横方向Ｂに隣接して配置されている。図９に示される実施の形態においても図８に示される実施の形態と同様に、中空棒状部５２は、基端部３２ａ側にも複数のガス流通穴５６を有する。ガス流通穴５６は、基端部３２ａと横方向Ｂに隣接して配置されている。ガス流通穴５６、５８は、それぞれ第２段冷却ステージ３０の中心部に対してパルス管連通路３０ｉ、蓄冷器連通路３０ｇよりも外側に位置してもよい。

作動ガスを流れやすくするために、パルス管対向領域４８と蓄冷器対向領域５０の少なくとも一方には凹部が形成されてもよい。この凹部は、第２熱交換表面３２ｂ上で挿入部材３２の中心軸まわりに形成されている。図９においては、パルス管対向領域４８に凹部が形成されている。

矢印Ｃ４で図示されるように、蓄冷器対向領域５０が作動ガス流れを受けるとき、蓄冷器対向領域５０は、複数の異なる方向に流れを向けることができる。また、パルス管対向領域４８が作動ガス流れを受けるとき、パルス管対向領域４８は、複数の異なる方向に流れを向けることができる。複数の異なる方向は、例えば、互いに逆向きの二方向を含む。図９には、横方向Ｂにおいて互いに逆向きの二方向が示されている。

このようにしても、作動ガスが第２段冷却ステージ３０および挿入部材３２と接触する面積すなわち熱交換面積が増加される。

流路抵抗の均一化のために、第２段冷却ステージ３０と挿入部材３２との間のクリアランス３１が局所的に異なっていてもよい。例えば、図１０に示されるように、クリアランス３１は上下で異なってもよい。例えば、第２段冷却ステージ３０の上面３０ｃ側でクリアランス３１が狭く、第２段冷却ステージ３０の下面３０ｅ側でクリアランス３１が広くてもよい。あるいは、図１１に示されるように、クリアランス３１は、横方向Ｂに異なっていてもよい。例えば、挿入部材３２の両端でクリアランス３１が広く、挿入部材３２の中間部でクリアランス３１が狭くてもよい。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、挿入部材３２が第２段冷却ステージ３０に装着されているが、これに限られない。ある実施の形態においては、挿入部材３２は、第１段冷却ステージ２８に装着されてもよい。挿入部材３２は、多段冷凍機における複数の冷却ステージのいずれか、例えば、最終段の冷却ステージに設けられてもよい。あるいは、パルス管冷凍機１０は、単段冷凍機であってもよく、その第１段冷却ステージに挿入部材が設けられてもよい。

本発明において、パルス管冷凍機１０が４バルブ型パルス管冷凍機であることは、本質的ではない。パルス管冷凍機１０は、異なる構成の位相制御機構を有してもよく、例えば、ダブルインレット型パルス管冷凍機、またはアクティブバッファ型パルス管冷凍機であってもよい。

ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。

１０パルス管冷凍機、３０ａ側面開口部、３０ｂ第１熱交換表面、３０ｇ蓄冷器連通路、３０ｉパルス管連通路、３１クリアランス、３２挿入部材、３２ａ基端部、３２ｂ第２熱交換表面、３２ｃ中実棒状部、３２ｄ先端部、４６溝、４８パルス管対向領域、５０蓄冷器対向領域、５２中空棒状部、５４第３熱交換表面。

Claims

縦方向に延在するパルス管と、
前記縦方向に延在し、横方向に前記パルス管と並列に配置された蓄冷器と、
前記パルス管の縦方向一端部と前記蓄冷器の縦方向一端部との間に作動ガスを流すことができるように両者を連結する冷却ステージであって、側面開口部と、前記側面開口部から冷却ステージ内へと前記横方向に延在する第１熱交換表面と、を有する冷却ステージと、
前記側面開口部を塞ぐように前記冷却ステージに固着された基端部と、前記基端部から前記横方向に延在し前記第１熱交換表面と対向して前記冷却ステージ内に配置された第２熱交換表面と、を備え、前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の両方が前記作動ガスと接触するように前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の間に前記作動ガスを流すためのクリアランスを形成する挿入部材と、を備えることを特徴とするパルス管冷凍機。
前記第２熱交換表面には溝または凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
前記挿入部材は、前記冷却ステージに支持された先端部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のパルス管冷凍機。
前記挿入部材は、前記基端部から前記横方向に突出し、前記第２熱交換表面を外面とする中実棒状部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
前記挿入部材は、前記基端部から前記横方向に突出し、前記第２熱交換表面を外面とする中空棒状部を備え、前記中空棒状部は、前記横方向に延在し前記作動ガスと接触する第３熱交換表面を内面とするように中空に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
前記冷却ステージは、前記第１熱交換表面に開口し前記クリアランスを前記パルス管の縦方向一端部に連通するパルス管連通路と、前記第１熱交換表面に開口し前記クリアランスを前記蓄冷器の縦方向一端部に連通する蓄冷器連通路とを備え、
前記第２熱交換表面は、前記パルス管連通路に対向し、前記パルス管連通路から前記クリアランスに入る作動ガス流れを受けるパルス管対向領域と、前記蓄冷器連通路に対向し、前記蓄冷器連通路から前記クリアランスに入る作動ガスを受ける蓄冷器対向領域と、を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
パルス管冷凍機の製造方法であって、前記パルス管冷凍機は、縦方向に延在するパルス管と、前記パルス管の縦方向に延在し、横方向に前記パルス管と並列に配置された蓄冷器と、を備えており、前記方法は、
冷却ステージに、側面開口部と、前記側面開口部から冷却ステージ内へと前記横方向に延在する第１熱交換表面とを形成することと、
基端部と第２熱交換表面とを備える挿入部材を、前記第２熱交換表面が前記基端部から前記横方向に延在し前記第１熱交換表面と対向して前記冷却ステージ内に配置されるように前記側面開口部から挿入することと、
前記基端部が前記側面開口部を塞ぐように前記挿入部材を前記冷却ステージに固着することと、
前記パルス管の縦方向一端部と前記蓄冷器の縦方向一端部との間に作動ガスを流すことができるように両者を前記冷却ステージに連結することと、を備え、
前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の両方が前記作動ガスと接触するように前記第１熱交換表面と前記第２熱交換表面の間に前記作動ガスを流すためのクリアランスが形成されることを特徴とする方法。