JPS6131882A - 並列巻付け管熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、容積式押しのけ膨張機型冷凍機によって供給
されるような冷凍源と関連して用いられて４．０ケルビ
ン温度（Ｋ）ないし４．５ケルビン温度（Ｋ）に至る冷
凍を発生させるようにした。

ジュール−トムソン弁を終端に備えたジュール−トムソ
ン熱交換器に関する。

ここに開示されたような並列巻付は管熱交換器はこの技
術分野において開示されたことがないが、低温液体（例
えばヘリウム）の蒸発損を凝縮するためにジュール−ト
ムソン熱交換器と関連して容積式押しのけ膨張機型冷凍
機を備えているような装置の使用については、１９８３
年１１月９日に出願された木１．Ｊ、Ｉ特許出願第５５
［］、３３２３号明細に開示されているので、参考まで
にここに併記する。上述の出願には、液体ヘリウムの蒸
発損を凝縮するためにジュール−トムソン熱交換器を使
用することに就ての先行技術が論じられている。

上述の出願の設計は当該分野の技術を改善するものでは
あつプこが、熱交換器の高圧側導管と低圧側導管との間
の熱伝達やさらにまた熱交換器と冷凍機との間の熱伝達
に就て依然として解決すべき問題があった。

ジュール−トムソン熱交換器を改善するためには、熱交
換器は１本の高圧側単管を低圧側の複数本の管からなる
管束の周りに巻き付けてその組立体をろう付けすること
によって構成されうろことがわかった。これらの管のす
べては、管の熱伝達を温度−の相関的要素として最適な
らしめるために、連続的に次第に細くなるようにするか
、または段階的に減径したシ平らにしたシされる。本発
明による熱交換器は、よシ高い熱伝達効率とよシ低い圧
力降下とさらによシ小さい寸法とを備えているので、装
置をこれまでに利用されてきた熱交換器よりも一層経済
的なものにする。本発明による熱交換器は、単一の熱交
換器の中で室温から液体ヘリウム温度に至る温度状況の
下でも、最善の状態で作動する能力を具現するものであ
る。

本発明による熱交換器は、容積式押しのけ膨張機型冷凍
機の周）に巻き付けることができ。

米国特許第３，６２０，０２９号明細書に開示されてい
るように、ジュール−トムソン弁の下流側で液体ヘリウ
ムの温度例えば５ケルビン温度（Ｋ）よりも低い温度に
至る冷凍を発生させるために１ジュール−トムソン弁が
冷凍−機での最冷却段がら離間されて設けられている。

関連の容積式押しのけ膨張機型冷凍機では、第１段で５
０ケルビン温度（Ｋ）ないし７７ケルビン温度（Ｋ）に
至る冷凍を発生し、第２段で１５ケルビン温度（幻ない
し２０ケルビン温度（Ｋ）に至る冷凍を発生する。冷凍
機がデューアの前管部分に取り付けられているときには
、その前管部分の気体が膨張機から熱交換器へ（または
その逆の場合も含む）および前管部分から熱交換器へ（
またはその逆の場合も含む）と熱を伝達しうる。もし所
定の断面部分での温度が一定でない場合には、熱が伝達
されうろことで冷凍機の性能に不利な影響を及はす。こ
こで冷凍機の周ルに熱交換器をらせん状に配列すると、
熱交換器での温度勾配は容積式押しのけ膨張機型冷凍機
における温度勾配に接近させることができ、且つ冷凍機
の最冷却段とヘリウム凝縮器との間に層状を成して存在
するヘリウムの温度勾配にも接近させることができるの
で、冷凍機が使用状態にある際に、その低温保持装置で
の熱損失を最小ならしめる。冷凍機は非常に小さい内側
直径を持つ真空ジャケット内に代わるがわる取シ付ける
ことができる。

第１図を参照すると１例えば脱酸素された高い残留燐を
含む銅管材料のような、高い熱伝導性の材料から製造さ
れた１本の管が示されている。管１０の端部１４は、そ
の管のもとの直径に相当する全般的に均一な円筒形であ
る部分を含んでいる。端部１２と１４との中間には、平
らにされた部分１６．１８および２０がδ勺、それぞれ
に第３図、第４図および第５図に示されているような断
面を有している。これらの部分１６．１８および２０の
断面の形状はそれぞれに全般的に楕円形であって、それ
ら楕円の短径は管１０の端部１２から端部１４に向かう
につれて漸次その長さがより短かくなっている。これら
のそれぞれ異なる部分の直線状長さの寸法は、その寸法
について後述している記載によって明らかにされる。

熱交換器のための低圧側径路を作るために１複数本の管
が平らにされて、第６図から第１０図までに示されてい
るような配列にして組み立てられる。管１１．２２およ
び２４のような個々の管は、第１図から第５図までに就
いて開示された管に従って準備される。それから管ｊｌ
、２２および２４が並べて組立てられ、さらに６本の管
配列を形成するように長さに沿ってほぼ１５２４ｃｒ１
＋（６１ｎ）のところで−緒に仮伺けのろう付けがされ
る。次いで３本の管配列は、縦列に３本の管横列に３本
の管の四角形にした管の束を定めるようにして管群にさ
れ、−緒に仮付けのろう付けがなされる。

次に９本の管が配列されるようにした管の束をマンドレ
ルの周りに折シ曲げて、且つ同時に１本の高圧側の管が
その管束の周りにらせん状に配列されるようぺすると、
その組立てられた熱交換器は第１１図で全体を符号３０
で示した容積式押しのけ膨張機型冷凍機に組み合わせる
ことができる。冷凍機３０は第１段６２と第２段３４と
を有していて、第１段３２の底部では３５およびそれよ
シ高いケルビン温度（Ｋ）に至る冷凍を発生させ、第２
段３４の底部では１０およびそれよシ高いケルビン温度
（Ｋ）に至る冷凍を発生させることができる。第２段３
４は熱ステーション６６を備え、第１段３２は熱ステー
ション３８を備えている。第２段熱ステーション３６の
従属部分として、ヘリウム再凝縮器４０を支持し且つ該
凝ｉ器に終端している延長部分３９がある。ヘリウム再
凝縮器４０は、導管４６を介してジュール−トムソン弁
４４と連通しているフィン封管熱交換器４２の全長を包
含している。一方、ジュール−トムソン弁４４は導管４
８を介して吸着器５０に連結されている。この吸着器５
０の機能は、ネオンのような残留汚染要因物質を除くこ
とである。

本発明によシ製作された熱交換器６０が冷凍機３０の第
１段と第２段さらにまた延長部分３９の周りに配列され
る。熱交換器６０は、前述の記載に従って束にされた管
束であって単一の高圧側導管５２によって取シ巻かれた
９本の管を包含している。この高圧側導管５２はまた平
らにされていて、らせん状に配列された管束の周りにら
せん状に配列されている。高圧側導管５２はアダプタ５
４を介して高圧ガス（例えばヘリウム）源に接続され、
該高圧ガス源は高圧側導管５２と冷凍機との両方へ通じ
ている。高圧気体は吸着器５０と管４８とを通過してジ
ュール−トムソン弁４４において膨張させられる。膨張
後その気体はマニホルド６２と管束とを過多マニホルド
６４を経て熱交換器の外に出て、そこで気体を再循環さ
せることができる。高圧側導管５２は管束の周りに巻き
付けられる前に平らにされるので、高圧側導管と低圧側
導管との間の熱伝達能力が増強されて、ジュール−トム
ソン弁に導かれる高圧気体が予冷される。

第１１図による冷凍機は再凝縮器４０の代わシに熱ステ
ーション（図示せず）を利用することができるので、装
置を例えば超伝導電子装置のような対象物を冷却するた
めに真空環環の中で使用することができる。

本発明の１つの実施態様によれば、第１段と第２段とさ
らに凝縮器を備えた延長部分との全−氏が４５．７２ｏ
ｎ（１８１ｎ）で必る冷凍機に対して。

管は下記れ↓１衣番で９とって製作することができる。

第１吹 ｉ２） 内側管束１（０，９３）　　４３（０，７４）　　５７
（０，０４９）　　４３（０，０４４）１４５中間管束
１（０，９３）　　４６（０，７４）　　６Ｇ（［１，
０４９）　　４６＜０．０４４）　１５２外側管束１（
０，９３）　　４８（０，７４ン　６１（０，０４９）
　　４Ｂ（０，０４４）　１５９高圧側４管４（０，９
＋）１１２（０，７６）ｊ５４（０，０５７）１１５（
０，０５０）３８１註１）各’ＩＶ束はそれぞれ３本の
管を備え、内（１１Ｊ管来が冷？１！機に最も近い位置
にある。

ｔｔｆ　２　）　組立前の′ρの小さい方の直径２個の
冷凍機であって、一方は第１２ａ図にｌｌｉｌｌｉ図で
示されているようなフィン封管熱交換器を備えた冷凍機
と、他方は第１２１２図に略図で示されているような本
発明による熱交換器を備えた冷凍機とが、建設されて試
躾された。第１２ユ図と第１２ｂ図とに示されているよ
うに、冷凍機と熱交換器との両方の入口側および出口側
の気体の圧力が同一であるとして１本発明による装置は
非常に小型化された外面的形態で同等の性能特性を示す
結果を得た。

さらに本発明の理解の目的には、製作され且つ試験され
た熱交換器を設計するための下記の方法が役に立つ。

１、気体の圧力降下と熱伝達 Ｗ　、　Ｍ　、　Ｋａｙ　ｓ氏とＡ、Ｌ、ＬｏｎｄＯｎ
氏との共著の１９６４年ＭｃＧｒａｗ　Ｈｉ１１社よシ
出版の小型熱交換器（Ｃｉｏｍｐａｃｔ　Ｈｅａｔ　Ｅ
ｘｃｈａｎｇｅｒ）なる著書の８ないし９頁、１０４な
いし１０５頁、６２ないし６３頁および１４ないし１５
頁には、熱交換器における圧力降下と熱伝達と全計算す
るだめの方法が記載でれている。しかしながら、この著
書には平らにされた管についてのデータはないので。

長方形の管についてのデータが用いられた。使用された
関係式は下記の通シである。

４人 Ｄθ＝Ｄｈ″″７７□ 但し Ａ：管の横断面積 Ｄ：管の内側直径 Ｄｅ：有効直径 Ｄｈ：水力直径 ａ：平らにされた管の高さ及び相当 長方形管の高さ ｂ：相当長方形管の幅 Ｋａｙｓ氏とＬｏｎｃｌｏｎ氏とは上述の専門書の第１
図ないし第２図に１種々の熱交換器の外面的形態に関し
ての単位面積当シのポンプ作用エネルギ一対熱伝達の一
般化された関係を示している。

本発明は１最高の熱伝達と最低のポンプ作用エネルギー
とを有する面域に相当するこの図表での上屋の領域に入
る。

２、材料の選択 熱は、小さい温度落差を持つ高圧側気体流れと低圧側気
体流れとの間で、金属の管材料とろうとを貫通して流れ
なければならない。他方で。

熱交換器に沿っての熱伝導はわずかでなければならない
。それ故、金属の熱伝導特性にはある妥協が必要とされ
る。

３００から４までのケルビン温度（Ｋ）の範囲に対して
は、　　ＤＨＰ−１２２銅（脱酸素された高残留燐を含
む銅）が管材料として好ましい材料である。好ましいろ
うは、低温の領域では６．６係銀を含む錫（Ｓｎ９６）
で６Ｃ，熱交換器の約２／３を構成している高温の領域
では普通の鉛−錫（６０−４０）はんだであることがわ
かった。Ｓｎ　９６のはんだはまた。容積式押しのけ膨
張機の熱ステーションに熱交換器を取り付けるために使
用される。

６、湾曲管の効果 湾曲した管内を移動する気体は、直管内よシもむしろよ
シ高い熱伝達係数を持つ（０，Ｅ、　Ｋａｌｂ氏とＪ　
、　Ｄ　、　５ｅａｄｅｒ氏のＡ工０Ｈｆｆ　Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　Ｖ、２０．１９７４年、６４Ｏないし６４６頁
の論文参照）。このことは２本発明によシ設計された熱
交換器に就いては、温端（上部端）側における熱伝達性
能において係数を２改善することになシ、且っ冷端側に
おいて係数を約１．５改善することになる。

４設計 熱交換器を設計するために、管の本数と管の直径、長さ
および平らにされた後の高さに胸して種々の仮定がなさ
れている。低圧側の複数本の管のすべてが同じであると
仮定されている。

しかしなから、最終のらせん状に巻かれた熱交換器では
、管の終端部分のすべてを一緒に終端させるようにする
のには、内側の層は外側の層よりもよシ短かくなければ
ならない。高圧側導管の寸法の決定には自由裁量の余地
が多くある。

何故ならば１広範囲に多様である長さに適応するために
１巻き付けのピッチを変更することができるからである
。もし熱交換器がらせん状に巻かれるべき場合であれば
、そのらせん状コイルの望ましい直径は通常知られてい
て一定に保たれる。

設計され造り上げられる装置のために１熱交換器が３種
の異なった温度範囲すなわち３００ないし６０ケルビン
温度（Ｋ）の範囲、６０々いし１６ケルビン温度（Ｋ）
の範囲、さらに１６ないし４ケルビン温度（Ｋ）の範囲
に就いて詳しく調べられた。各温度範囲ごとに平均の流
動特性が用いられた。いく種類かの仮定された外面的形
態に就いて、熱伝達と圧力降下とが計算された。それか
ら、適用するために最も良い特性を備えた外面的形態が
選択された。熱交換器は３００ケルビン温度（Ｋ）から
４ケルビン温度（幻までの間に連続して存在すると仮定
されるので。

管の本数やそれら管の直径は一定に保たれるけれども、
各温度範囲ごとでの管材料の長さとそれを平らにする量
とは変えられる。これらの管は、温調例の領域における
よりも冷端側の領域においてよジ平らにされて、流体（
ヘリウム）の特性の変化、密度の増加、粘度の減少さら
には。

熱伝導率の減少を補償するようにされる。

本発明の他の実施態様によれば、その熱交換器は、熱交
換器がより冷却される領域においては、そこでの管を熱
交換器の改善のために平らにするよりもむしろよシ小さ
い直径になるように引抜くようにして、構成することが
できる。

丸い管は、それら管の熱伝達−圧力降下特性においては
、平らにされた管よシもその効果が僅かに劣るが、それ
らの丸い管は低圧側管束内の管を同じ長さにするのには
適している。これは。

らせん状に巻かれるコイル熱交換器では、すべての同じ
長さの管を同一の場所で終端させるために、低圧側管束
をらせん状に捩ることによるかまたはケーブル状撚管配
列に管を断続的に差しはさむことによって、達成するこ
とができる。

連続的に次第に細くされた管や、平らにされた断面を持
つ管を利用することもまた本発明の範囲内のものである
。

さらにまた１本発明には１本よル多い本数の高圧側導管
の使用をも包含している。しかしながら、好ましい実施
態様には１本の高圧側導管が示されている。この理由は
、１本の単一の大きな直径の管は多数本の小さい直径の
管よシも大きな流れ面積を有し、それ故に大きな直径の
管は汚染要因物質によって閉塞されることに対する感受
性が最も少ないということである。汚染要因物質による
閉塞が関心事であるときには、設計者は熱伝達と圧力降
下との検討のみに基づいて必要とされる高圧側導管の直
径よシも大きい直径を持つ高圧側導管を使用すると有利
である。この管はそのよシ大きい直径を補償するために
その長さをよシ長くしなければならず、且つこの高圧側
導管は低圧側導管の周りにより一層詰めたピッチでらせ
ん状に巻き付けられなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１つの実施態様にかかる１つの単管の
正面図、第２図は第１図の２−２線に沿って切断した第
１図の管の断面図、第３図は第１図の６−６線に沿って
切断した断面図１第４図は第１図の４−４線に沿って切
断した断面図、第５図は第１図の５−５線に沿って切断
した断面図、第６図は本発明の１つの実施態様にかかる
１つのサブアセンブリーの正面図、第７図は第６図の７
−７線に沿って切断した断面図、第８図は第６図の８−
８線に沿って切断した断面図、第９図は第６図の９−９
線に沿って切断した断面図、第１０図は第６図の１０−
１０線に沿って切断した断面図１第１１図は容積式押し
のけ膨張機型冷凍機と関連しての本発明の装置の正面図
、第１２ａ図はフィン封管熱交換器のジュール−トムソ
ンループを利用している冷凍装置の略図、第１２１１）
図は本発明にかかる熱交換器のジュール−トムソンルー
プを備えた２段容積式押しのけ膨張機型冷凍機の略図で
ある。 １０、１１．２２，２４．４８・・・管、　　１２．１
４・・・端部、１６，１８．２０・・・平らにされた部
分、３０・・・冷凍機、３２・・・第１段、３４・・・
第２段、　　５６．５８・・・熱ステーション。 ３９・・・延長部分、４０・・・ヘリウム再凝縮器。 ４２・・・フィン封管熱交換器、４４・・・ジュール−
トムソン弁、５０・・・吸着器、５２・・・高圧側導管
。 ５４・・・アゲシタ、６０・・・熱交換器、　　６２．
６４・・・マニホルド。 特許出願人　　エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ
・インコーホレイテッド 外２名 ／’７（９／ ＦＩＧ、２　　ＦＩＧ、３　　ＦＩＧ、４　　ＦＩＧ、
５Ｆ／Ｇ７　　　　　　　／’／６８ ＦＩＧ、　９　　　　　　　Ｆ／ＧＪＯＦＩＧ、　／／
σ　　ＦＩＧ、　／／ｂ　　　　ＦＩＧ、　／／ｃ手続
補正書 昭和６０年　７月θρ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高圧流体を該高圧流体が低圧に膨張させられる場所
   まで導くための第１の閉じ込められた径路と前記膨張場
   所から膨張後の流体を帰還させるための第２の閉じ込め
   られた径路とを備えている形式の熱交換器において、少
   なくとも１本の管を含む中央の低圧側流れ径路であって
   前記の管が全般的に内形の断面である第１端部すなわち
   温端部と第２端部すなわち冷端部とを備え該両端部の中
   間の少なくとも１つの部分が全般的に縮小された断面を
   示すように変形されていてそれによって該管の前記変形
   された部分が該管の熱交換能力を増強させうるようにし
   た中央の低圧側流れ径路と、該中央の導管の周りにらせ
   ん状に巻き付けられた少なくとも１本の高圧側導管を含
   む第２のすなわち外側の流れ径路とを組み合わせて備え
   ていることを特徴とする熱交換器。 ２）前記中央の低圧側導管が前記両端部の中間に複数の
   変形された部分を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の熱交換器。 ３）前記複数の変形された部分が楕円形に形成されてい
   て、該楕円形の短径が前記第１端部から前記第２端部に
   向けて長さを減少して行くことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の熱交換器。 ４）前記中央の低圧側流れ径路が第１端部と第２端部と
   複数の中間部分であって異なった長径と短径とを有する
   楕円形からなる部分とを有する複数本の管を含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の熱交換
   器。 ５）前記中央の低圧側導管が管の一部分をより小さい直
   径になるように引抜くことによって変形されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 ６）前記中央の低圧側導管が複数の部分であって該部分
   の各々が均一な直径に順次続いて減径された部分を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の熱交換
   器。 ７）前記の減径された複数の部分が該部分の各各の直径
   を前記導管の第１端部から前記導管の第２端部へと漸次
   に減少させるように配設されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項に記載の熱交換器。 ８）前記中央の低圧側導管が該導管の第１端部から該導
   管の第２端部へと次第に細くなっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 ９）前記高圧側導管が該導管のほぼ全長部分にわたって
   減径されている管であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の熱交換器。 １０）前記第２の流れ径路が複数本の高圧側導管を含ん
   でいることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   熱交換器。 １１）前記中央の低圧側流れ径路が複数本の導管でケー
   ブル状撚管配列である導管を含んでいることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 １２）前記組立体がマンドレルの周りにらせん形を形成
   するように巻き付けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の熱交換器。 １３）冷端領域から温端領域に向けて移動する膨張後の
   流体のための低圧側径路を定めている管束内に配列され
   た個々の導管の熱伝達能力を増強する方法であって、該
   導管と他の対象物との間の熱伝達が必要とされる場合に
   前記導管の冷端領域の付近で該導管の両端部の中間にあ
   る導管部分の断面を減少させることを含む方法。 １４）前記断面の減少が前記複数本の導管の各々の一端
   から他端に向けてほぼ同一の位置において段階的になさ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記
   載の方法。 １５）少なくとも１本の高圧側導管を前記複数本の導管
   からなる管束の周りにらせん状に巻き付けるようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の方法
   。 １６）前記高圧側導管が該導管のほぼ全長にわたって断
   面を減少させられるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１５項に記載の方法。 １７）閉じ込められた空間内において低温液体の蒸発損
   を凝縮するための装置であって、多段の容積式押しのけ
   膨張機型冷凍機とヘリウム再凝縮器とジュール−トムソ
   ン熱交換器とを組み合わせて備え、前記冷凍機が該冷凍
   機の各段ごとに熱ステーションを含み且つ１０ケルビン
   温度（Ｋ）と２０ケルビン温度（Ｋ）との間にまで冷却
   させうる能力のある最冷却段を備えており、前記ヘリウ
   ム再凝縮器が前記冷凍機の軸方向に配置され且つ該冷凍
   機の最冷却段から離間して配置されており、前記ジュー
   ル−トムソン熱交換器が前記冷凍機の周りにらせん状に
   巻き付けられ且つ前記熱ステーションの各々と熱接触状
   態にあって高圧のヘリウムを前記ヘリウム再凝縮器の上
   流側に配置されたジュール−トムソン弁に導き且つ低圧
   のヘリウムを帰還させるように構成され且つ配置されて
   いて、さらに該ジュール−トムソン熱交換器が前記冷凍
   機における熱勾配および該冷凍機の最冷却段と前記ヘリ
   ウム再凝縮器との間で層状を成しているヘリウムにおけ
   る熱勾配と近似的に対応するようになっている装置にお
   いて、前記ジュール−トムソン熱交換器が管束の形に配
   設された複数本の導管であって該導管の各々が該導管の
   両端部の中間に複数の全般的に断面を縮小するように変
   形された部分を有する導管を組み合わせて備えている低
   圧側帰還導管と、該管束の周りにらせん状に配置されて
   いて高圧のヘリウムを前記ジュール−トムソン弁に導く
   少なくとも１本の高圧側導管とを備えていることを特徴
   とする装置。 １８）前記ジュール−トムソン弁の上流側に吸着器が含
   まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に
   記載の装置。 １９）前記熱交換器が前記冷凍機に着脱可能に固着され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載
   の装置。 ２０）前記ヘリウム再凝縮器がフィン付管熱交換器を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載の装
   置。 ２１）前記管束の各々の導管の変形された部分が全般的
   に楕円形の断面形状にされていて、該楕円の平均径が前
   記ジュール−トムソン弁から一層遠く離れて配置される
   部分においてはより大きくなっていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１７項に記載の装置。 ２２）前記縮小された断面を有する導管が全般的に楕円
   形状の縮小された部分を含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第１７項に記載の装置。 ２３）前記縮小された断面を有する導管が全般的に円形
   状の部分を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１７
   項に記載の装置。 ２４）前記管束の周りに配置される高圧側導管が複数本
   含まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１７項
   に記載の装置。 ２５）閉じ込められた空間内において液体ヘリウムの温
   度に至る冷凍を発生せしめるための装置であって、多段
   の容積式押しのけ膨張機型冷凍機とヘリウム温度熱ステ
   ーションとジュール−トムソン熱交換器とを組み合わせ
   て備え、前記冷凍機が該冷凍機の各段ごとに熱ステーシ
   ョンを含み且つ１０ケルビン温度（Ｋ）と２０ケルビン
   温度（Ｋ）との間にまで冷却させうる能力のある最冷却
   段を備えており、前記ヘリウム温度熱ステーションが前
   記冷凍機の軸方向に配置され且つ該冷凍機の最冷却段か
   ら離間して配置されており、前記ジュール−トムソン熱
   交換器が前記冷凍機の周りにらせん状に巻き付けられ且
   つ前記熱ステーションの各々と熱接触状態にあって高圧
   のヘリウムを前記ヘリウム温度熱ステーションの上流側
   に配置されたジュール−トムソン弁に導き且つ低圧のヘ
   リウムを帰還させるように構成され且つ配置されていて
   、さらに該ジュール−トムソン熱交換器が前記冷凍機に
   おける熱勾配と近似的に対応するようになっている装置
   において、前記ジュール−トムソン熱交換器が管束の形
   に配設された複数本の導管であって該導管の各々が該導
   管の両端部の中間に全般的縮小された断面を有する複数
   の部分を有する導管を組み合わせて備えている低圧側帰
   還導管と、該管束の周りにらせん状に配置されていて高
   圧のヘリウムを前記ジュール−トムソン弁に導く少なく
   とも１本の高圧側導管とを備えていることを特徴とする
   装置。 ２６）前記縮小された断面を有する導管が全般的に楕円
   形状の縮小された部分を含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第２５項に記載の装置。 ２７）前記熱交換器が前記冷凍機に着脱可能に固着され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２５項に記載
   の装置。 ２８）前記縮小された断面を有する導管が全般的に円形
   状の縮小された部分を含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第２５項に記載の装置。 ２９）前記管束の各々の導管の変形された部分が全般的
   に楕円形の断面形状にされていて、該楕円の平均径が前
   記ジュール−トムソン弁から一層遠く離れて配置される
   部分においてはより大きくなっていることを特徴とする
   特許請求の範囲第２５項に記載の装置。 ３０）前記管束の周りに配置される高圧側導管が複数本
   含まれていることを特徴とする特許請求の範囲第２５項
   に記載の装置。