WO2024111339A1 - ジュール・トムソン冷凍機 - Google Patents

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WO2024111339A1
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stage
cooling
extension part
refrigerant
refrigerator
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PCT/JP2023/038530
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English (en)
French (fr)
Inventor
大季 池田
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect

Definitions

  • the present invention relates to a Joule-Thomson (JT) refrigerator.
  • JT Joule-Thomson
  • a JT refrigerator that includes a JT valve that enables cooling of refrigerant gas using JT expansion, and a pre-cooling refrigerator, such as a Gifford-McMahon (GM) refrigerator, that pre-cools the refrigerant gas supplied to the JT valve.
  • GM Gifford-McMahon
  • the refrigerant piping of a JT refrigerator is attached by wrapping it directly around the cooling stage of the pre-cooling refrigerator.
  • the refrigerant gas flowing through the refrigerant piping is cooled to the desired pre-cooling temperature by heat exchange with this cooling stage.
  • the cooling stage is small in size and has a small surface area, the heat exchange area on which the refrigerant piping is attached may be insufficient, and the refrigerant gas may not be pre-cooled sufficiently.
  • One exemplary objective of an embodiment of the present invention is to make it possible to expand the heat exchange area of the pre-cooling refrigerator of a JT refrigerator.
  • a JT refrigerator includes a pre-cooling refrigerator with a pre-cooling stage, a stage extension part attached to the pre-cooling stage and cooled by the pre-cooling stage, and a refrigerant pipe attached to the stage extension part so as to enable heat exchange with the stage extension part.
  • the heat exchange area of the pre-cooling refrigerator of the JT refrigerator can be expanded.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic diagram of a cryogenic cooling device according to an embodiment
  • 13A and 13B are diagrams illustrating schematic diagrams of another example of a stage extension part according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a cryogenic cooling device 10 according to an embodiment.
  • the cryogenic cooling device 10 includes a vacuum vessel 12, a radiation shield 14, and a JT refrigerator 18 for cooling an object 16 to be cooled.
  • the vacuum vessel 12 may be, for example, a cryostat, and is configured to provide an extremely low temperature vacuum environment therein.
  • the vacuum vessel 12 is formed of a metallic material, such as stainless steel, or other suitable high strength material, to withstand ambient pressure (e.g., atmospheric pressure).
  • a radiation shield 14 Disposed within the vacuum vessel 12 are a radiation shield 14, a low temperature section of a JT refrigerator 18, and an object to be cooled 16.
  • the radiation shield 14 is arranged within the vacuum vessel 12 to surround the low-temperature section of the JT refrigerator 18 and the object to be cooled 16, and prevents radiant heat from entering the vacuum vessel 12 into the JT refrigerator 18 and the object to be cooled 16.
  • the radiation shield 14 is formed of a highly thermally conductive metal material such as copper (e.g., pure copper).
  • An insulating material such as a multi-layer insulating material may be arranged between the vacuum vessel 12 and the radiation shield 14.
  • the object to be cooled 16 may be, for example, a superconducting device such as a superconducting coil, or a measuring device that operates better at cryogenic temperatures, or other equipment used at cryogenic temperatures.
  • the object to be cooled 16 may be a cryogenic fluid such as liquid helium, and the JT refrigerator 18 may be used to recondense the vaporized cryogenic fluid.
  • the JT refrigerator 18 includes a pre-cooling refrigerator 20 and a refrigerant circuit 40 including a JT valve 30 and a final heat exchanger 32.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 40 is pre-cooled by the pre-cooling refrigerator 20, further cooled by JT expansion in the JT valve 30, and supplied to the final heat exchanger 32.
  • the object to be cooled 16 is cooled by heat exchange with the final heat exchanger 32.
  • the cooled refrigerant is recovered from the final heat exchanger 32, pressurized by a compressor described below, pre-cooled again by the pre-cooling refrigerator 20, and supplied to the JT valve 30. In this way, the refrigerant circulates through the refrigerant circuit 40.
  • the JT refrigerator 18 can cool the final heat exchanger 32 to a temperature range of, for example, about 4K or less (for example, 1K to 4K), and can therefore cool the object to be cooled 16 to that temperature range.
  • the pre-cooling refrigerator 20 is, as an example, a two-stage GM refrigerator.
  • the pre-cooling refrigerator 20 includes a first compressor 21 and an expander 22, also called a cold head.
  • the expander 22 includes a drive unit 23, a first cylinder 24, a first pre-cooling stage 25, a second cylinder 26, and a second pre-cooling stage 27.
  • the first compressor 21 is disposed in the ambient environment (e.g., room temperature and atmospheric pressure environment), i.e., outside the vacuum vessel 12.
  • the expander 22 is installed in the vacuum vessel 12 such that the drive unit 23 is disposed outside the vacuum vessel 12, and the cylinder and the pre-cooling stage are disposed inside the vacuum vessel 12.
  • the first cylinder 24 connects the first pre-cooling stage 25 to the drive unit 23, so that the first pre-cooling stage 25 is structurally supported by the drive unit 23.
  • the second cylinder 26 connects the second pre-cooling stage 27 to the first pre-cooling stage 25, so that the second pre-cooling stage 27 is structurally supported by the first pre-cooling stage 25.
  • the first cylinder 24 and the second cylinder 26 extend coaxially, and the drive unit 23, the first cylinder 24, the first pre-cooling stage 25, the second cylinder 26, and the second pre-cooling stage 27 are aligned in a straight line in this order.
  • the first pre-cooling stage 25 and the second pre-cooling stage 27 are formed of a highly thermally conductive metal material such as copper (e.g., pure copper), and the first cylinder 24 and the second cylinder 26 are formed of another metal material such as stainless steel.
  • a highly thermally conductive metal material such as copper (e.g., pure copper)
  • the first cylinder 24 and the second cylinder 26 are formed of another metal material such as stainless steel.
  • a first displacer and a second displacer are arranged reciprocally inside the first cylinder 24 and the second cylinder 26, respectively.
  • a first regenerator and a second regenerator (not shown) are respectively incorporated in the first displacer and the second displacer.
  • the drive unit 23 also has a drive mechanism (not shown) such as a motor for reciprocating the first displacer and the second displacer.
  • the drive mechanism includes a flow path switching mechanism that switches the flow path of the refrigerant gas so as to periodically repeat the supply and discharge of the refrigerant gas to the inside of the expander 22.
  • the refrigerant gas of the pre-cooling refrigerator 20 is typically helium gas, but other suitable gases may be used.
  • the first compressor 21 is configured to recover refrigerant gas from the expander 22, pressurize the recovered refrigerant gas, and supply the refrigerant gas to the expander 22 again.
  • the circulation of the refrigerant gas between the first compressor 21 and the expander 22 is performed with a combination of appropriate pressure fluctuations and volume fluctuations of the refrigerant gas within the expander 22, thereby forming a thermodynamic cycle (e.g., a GM cycle) that generates cold, and the expander 22 can provide cryogenic cooling.
  • a thermodynamic cycle e.g., a GM cycle
  • the first pre-cooling stage 25 is cooled to a first cooling temperature
  • the second pre-cooling stage 27 is cooled to a second cooling temperature that is lower than the first cooling temperature.
  • the first cooling temperature may be selected, for example, from a temperature range of 50 K or more and 150 K or less.
  • the second cooling temperature may be selected, for example, from a temperature range of 10 K or more and 25 K or less.
  • the stage extension part 50 is attached to the first pre-cooling stage 25.
  • the stage extension part 50 is thermally coupled to the first pre-cooling stage 25 and is cooled to a first cooling temperature by the first pre-cooling stage 25.
  • the stage extension part 50 is integrated with the first pre-cooling stage 25 and can function as part of the first pre-cooling stage 25.
  • the stage extension part 50 is formed of a metal material with high thermal conductivity, such as copper (e.g., pure copper or a copper alloy) or aluminum (e.g., pure aluminum or an aluminum alloy), or other highly thermally conductive material.
  • the highly thermally conductive material may be, for example, a material having a higher thermal conductivity than stainless steel (e.g., SUS304).
  • the stage extension part 50 has a tubular (e.g., cylindrical) shape, is fixed at one end to the first pre-cooling stage 25, and extends toward the second pre-cooling stage 27.
  • the second cylinder 26 is disposed within the stage extension part 50.
  • the axial length of the stage extension part 50 is shorter than that of the second cylinder 26. Therefore, the other end of the stage extension part 50 does not reach the second pre-cooling stage 27. Therefore, the stage extension part 50 is not in physical contact with the second pre-cooling stage 27.
  • the stage extension part 50 is removably attached to the first pre-cooling stage 25.
  • a flange formed on one end of the stage extension part 50 may be fixed to the first pre-cooling stage 25 by a fastening member such as a bolt. By removing this fastening member, the stage extension part 50 can be released from the first pre-cooling stage 25.
  • the stage extension part 50 may be attached to the first pre-cooling stage 25 in a non-removable manner, for example, by brazing or welding.
  • a stage extension part 50 may connect the first pre-cooling stage 25 to the radiation shield 14.
  • a flange formed on the end of the stage extension part 50 opposite the first pre-cooling stage 25 may be fixed to the radiation shield 14 by a fastening member such as a bolt.
  • the radiation shield 14 may be thermally coupled to the first pre-cooling stage 25 via the stage extension part 50 and cooled to the first cooling temperature by the first pre-cooling stage 25.
  • the radiation shield 14 surrounds the low-temperature parts of the JT refrigerator 18, such as the second pre-cooling stage 27, and can suppress heat penetration into these low-temperature parts.
  • the radiation shield 14 may be attached directly to the first pre-cooling stage 25 without using the stage extension part 50, or may be thermally coupled to the first pre-cooling stage 25 via a heat transfer member separate from the stage extension part 50.
  • the refrigerant circuit 40 includes, in addition to the JT valve 30 and the final heat exchanger 32, a second compressor 41, a heat exchanger group 42, and a refrigerant supply line 44 and a refrigerant recovery line 46 that connect these components.
  • the refrigerant gas circulating through the refrigerant circuit 40 is typically helium gas, but other appropriate gases may be used. Note that the refrigerant circuit 40 is not limited to the specific configuration described here, and various typical configurations can be appropriately adopted.
  • the second compressor 41 is configured to boost the refrigerant gas recovered from the refrigerant recovery line 46 and send it to the refrigerant supply line 44.
  • the second compressor 41 serves as a refrigerant source that circulates the refrigerant in the refrigerant circuit 40.
  • the second compressor 41 is disposed outside the vacuum vessel 12.
  • the heat exchanger group 42 is disposed between the second compressor 41 and the final heat exchanger 32.
  • the heat exchanger group 42 is made up of a series of counterflow heat exchangers (42a-42c), and in this embodiment has a three-stage configuration of a first heat exchanger 42a, a second heat exchanger 42b, and a third heat exchanger 42c.
  • the first heat exchanger 42a is disposed between the vacuum vessel 12 and the radiation shield 14, i.e., in the space inside the vacuum vessel 12 and outside the radiation shield 14.
  • the second heat exchanger 42b, the third heat exchanger 42c, and the final heat exchanger 32 are disposed inside the radiation shield 14.
  • the first heat exchanger 42a cools the high-temperature (e.g., room temperature, e.g., about 300 K) refrigerant gas that flows into the vacuum vessel 12 from outside the vacuum vessel 12.
  • the second heat exchanger 42b further cools the refrigerant cooled by the first heat exchanger 42a and the first pre-cooling stage 25.
  • the third heat exchanger 42c further cools the refrigerant cooled by the second heat exchanger 42b and the second pre-cooling stage 27.
  • the refrigerant supply line 44 connects the discharge side of the second compressor 41 to the refrigerant inlet of the final heat exchanger 32
  • the refrigerant return line 46 connects the refrigerant outlet of the final heat exchanger 32 to the suction side of the second compressor 41.
  • the refrigerant supply line 44 has high-pressure side flow paths for the first heat exchanger 42a, the second heat exchanger 42b, and the third heat exchanger 42c
  • the refrigerant return line 46 has low-pressure side flow paths for the first heat exchanger 42a, the second heat exchanger 42b, and the third heat exchanger 42c.
  • the refrigerant flowing through the high-pressure side flow path can be cooled by heat exchange between the high-pressure side flow path and the low-pressure side flow path in each heat exchanger.
  • the high-pressure side flow path and the low-pressure side flow path can also be called the high-temperature side flow path and the low-temperature side flow path, respectively.
  • the refrigerant supply line 44 includes a first refrigerant pipe 44a and a second refrigerant pipe 44b.
  • These refrigerant pipes are formed of a highly thermally conductive metal material such as copper (e.g., pure copper).
  • the first refrigerant pipe 44a extends from the first heat exchanger 42a through the first pre-cooling stage 25 to the second heat exchanger 42b.
  • the first refrigerant pipe 44a connects the high-pressure side flow path of the first heat exchanger 42a to the high-pressure side flow path of the second heat exchanger 42b.
  • the first refrigerant pipe 44a is thermally coupled to the first pre-cooling stage 25, and the refrigerant flowing through the first refrigerant pipe 44a is cooled by the first pre-cooling stage 25.
  • the first refrigerant pipe 44a is attached to the stage extension part 50 so as to enable heat exchange with the stage extension part 50, rather than the first pre-cooling stage 25.
  • the first refrigerant pipe 44a is fixed to the stage extension part 50 in a state where it is wrapped around the outer circumferential surface of the stage extension part 50.
  • the first refrigerant pipe 44a is not wrapped around the first pre-cooling stage 25.
  • the stage extension part 50 is attached to and thermally coupled with the first pre-cooling stage 25, and therefore the first refrigerant pipe 44a is cooled to the first cooling temperature by the stage extension part 50, which is cooled by the first pre-cooling stage 25.
  • the second refrigerant pipe 44b extends from the second heat exchanger 42b through the second pre-cooling stage 27 to the third heat exchanger 42c.
  • the second refrigerant pipe 44b connects the high-pressure side flow path of the second heat exchanger 42b to the high-pressure side flow path of the third heat exchanger 42c.
  • the second refrigerant pipe 44b is thermally coupled to the second pre-cooling stage 27, and the refrigerant flowing through the second refrigerant pipe 44b is cooled by the second pre-cooling stage 27.
  • the second refrigerant pipe 44b may be fixed to the second pre-cooling stage 27 in a state where it is wrapped around the outer circumferential surface of the second pre-cooling stage 27.
  • the JT valve 30 is disposed in the refrigerant supply line 44 between the last heat exchanger of the heat exchanger group 42 (the third heat exchanger 42c in this example) and the final heat exchanger 32.
  • the high-pressure side flow path of the third heat exchanger 42c is connected to the refrigerant inlet of the final heat exchanger 32 via the JT valve 30.
  • the JT valve 30 is a fixed orifice.
  • the JT valve 30 may be a variable orifice whose opening is adjustable.
  • the refrigerant flows through the refrigerant circuit 40 as follows.
  • the high-pressure refrigerant compressed by the second compressor 41 is first supplied to the high-pressure side flow path of the first heat exchanger 42a.
  • the high-pressure refrigerant flowing through the high-pressure side flow path of the first heat exchanger 42a is cooled by heat exchange with the returning low-pressure refrigerant flowing through the low-pressure side flow path of the first heat exchanger 42a.
  • the high-pressure refrigerant cooled in the first heat exchanger 42a flows into the first refrigerant piping 44a.
  • the high-pressure refrigerant flowing through the first refrigerant pipe 44a is cooled by the first pre-cooling stage 25 of the pre-cooling refrigerator 20 and sent to the high-pressure side flow path of the second heat exchanger 42b.
  • the high-pressure refrigerant flowing through the high-pressure side flow path of the second heat exchanger 42b is cooled by heat exchange with the returning low-pressure refrigerant flowing through the low-pressure side flow path of the second heat exchanger 42b.
  • the high-pressure refrigerant cooled by the second heat exchanger 42b flows into the second refrigerant pipe 44b.
  • the high-pressure refrigerant flowing through the second refrigerant pipe 44b is cooled by the second pre-cooling stage 27 of the pre-cooling refrigerator 20 and sent to the high-pressure side flow path of the third heat exchanger 42c.
  • the high-pressure refrigerant flowing through the high-pressure side flow path of the third heat exchanger 42c is cooled by heat exchange with the returning low-pressure refrigerant flowing through the low-pressure side flow path of the third heat exchanger 42c. In this way, the high-pressure refrigerant is cooled to a temperature at which the JT effect is expected (i.e. a temperature below the inversion temperature) and sent to the JT valve 30.
  • this cooled high-pressure refrigerant passes through the JT valve 30, it becomes a mist-like low-pressure refrigerant in a gas-liquid mixed state due to the Joule-Thomson effect, generating cooling capacity in the temperature range of the liquid refrigerant.
  • the mist-like low-pressure refrigerant is sent to the final heat exchanger 32.
  • the final heat exchanger 32 can be cooled to the liquid helium temperature range.
  • the final heat exchanger 32 can cool the object 16 to that temperature by exchanging heat with the object 16 to be cooled.
  • the mist-like low-pressure refrigerant evaporates and vaporizes again.
  • the refrigerant that has not been liquefied and the refrigerant that has evaporated are returned to the low-pressure side flow path of the third heat exchanger 42c.
  • the low-pressure refrigerant flows through the refrigerant recovery line 46 in the order of the third heat exchanger 42c, the second heat exchanger 42b, and the first heat exchanger 42a.
  • the low-pressure refrigerant is heated while cooling the high-pressure refrigerant in each heat exchanger (42c, 42b, 42a).
  • the low-pressure refrigerant that has returned to room temperature in this way leaves the vacuum container 12 and is recovered in the second compressor 41, where it is compressed again.
  • the cryogenic cooling device 10 can cool the object 16 to a desired temperature that is lower than the second cooling temperature of the pre-cooling refrigerator 20, for example, about 4 K or less (for example, 1 K to 4 K).
  • the stage extension part 50 is attached to the first pre-cooling stage 25, thereby expanding the heat exchange area of one stage of the pre-cooling refrigerator 20.
  • the shape of the stage extension part 50 it is possible to ensure the area required to sufficiently pre-cool the first refrigerant pipe 44a.
  • the surface area can be increased by increasing the dimensions of the stage extension part 50, such as by increasing the axial length of the stage extension part 50 or increasing the diameter. Even if the first pre-cooling stage 25 is small and has a small surface area, the stage extension part 50 can compensate for the lack of heat exchange area for the first refrigerant pipe 44a.
  • a general-purpose product can be used for the pre-cooling refrigerator 20.
  • a commercially available GM refrigerator can be used as the pre-cooling refrigerator 20.
  • the stage extension part 50 is removably attached to the first pre-cooling stage 25.
  • the first refrigerant pipe 44a is not attached to the first pre-cooling stage 25. Therefore, the first pre-cooling stage 25 can be separated from the stage extension part 50 by releasing the fixation between the stage extension part 50 and the first pre-cooling stage 25. This is convenient because it makes it easy to remove the pre-cooling refrigerator 20 from the JT refrigerator 18, for example, for maintenance of the pre-cooling refrigerator 20.
  • stage extension part 50 may be attached to the second pre-cooling stage 27 of the pre-cooling refrigerator 20.
  • the stage extension part 50 may be thermally coupled to the second pre-cooling stage 27 and cooled to a second cooling temperature by the second pre-cooling stage 27.
  • the stage extension part 50 may be integrated with the second pre-cooling stage 27 and function as a part of the second pre-cooling stage 27.
  • the stage extension part 50 may have a tubular (e.g., cylindrical) shape, be fixed at one end to the second pre-cooling stage 27, and extend axially from the second pre-cooling stage 27 to the opposite side to the second cylinder 26.
  • the second refrigerant pipe 44b may be attached to the stage extension part 50 so as to enable heat exchange with the stage extension part 50.
  • the second refrigerant pipe 44b connects the second heat exchanger 42b to the third heat exchanger 42c as described above.
  • the second refrigerant pipe 44b is fixed to the stage extension part 50 in a state where it is wrapped around the outer circumferential surface of the stage extension part 50. In this example, the second refrigerant pipe 44b is not wrapped around the second pre-cooling stage 27. Since the stage extension part 50 is attached to and thermally coupled with the second pre-cooling stage 27, the second refrigerant pipe 44b is cooled to the second cooling temperature by the stage extension part 50, which is cooled by the second pre-cooling stage 27.
  • the stage extension part 50 can be used to expand the heat exchange area of the two stages of the pre-cooling refrigerator 20.
  • the shape of the stage extension part 50 it is possible to ensure the area required to sufficiently pre-cool the second refrigerant pipe 44b. Even if the second pre-cooling stage 27 is small and has a small surface area, the stage extension part 50 can compensate for the lack of heat exchange area for the second refrigerant pipe 44b.
  • the stage extension part 50 may be removably attached to the second pre-cooling stage 27.
  • the second refrigerant pipe 44b is not attached to the second pre-cooling stage 27. Therefore, the second pre-cooling stage 27 can be separated from the stage extension part 50 by releasing the fixation between the stage extension part 50 and the second pre-cooling stage 27. This is convenient because it makes it easy to remove the pre-cooling refrigerator 20 from the JT refrigerator 18, for example, for maintenance of the pre-cooling refrigerator 20.
  • the stage extension part 50 shown in FIG. 2 may be combined with the embodiment described with reference to FIG. 1. That is, the JT refrigerator 18 may include a first stage extension part 50 attached to the first pre-cooling stage 25 and cooled by the first pre-cooling stage 25, and a second stage extension part 50 separate from the first stage extension part 50, attached to the second pre-cooling stage 27 and cooled by the second pre-cooling stage 27.
  • the first refrigerant pipe 44a may be attached to the first pre-cooling stage 25 in addition to the stage extension part 50.
  • the second refrigerant pipe 44b may be attached to the second pre-cooling stage 27 in addition to the stage extension part 50.
  • the stage extension part 50 extends from the first pre-cooling stage 25 toward the second pre-cooling stage 27, but the arrangement of the stage extension part 50 is not limited to this.
  • the stage extension part 50 may extend from the first pre-cooling stage 25 along the first cylinder 24.
  • the first cylinder 24 is disposed within the stage extension part 50.
  • the axial length of the stage extension part 50 may be shorter than that of the first cylinder 24 so that the stage extension part 50 is not in physical contact with the vacuum vessel 12.
  • the stage extension piece 50 may extend from the second pre-cooling stage 27 along the second cylinder 26 toward the first pre-cooling stage 25.
  • the second cylinder 26 is disposed within the stage extension piece 50.
  • the axial length of the stage extension piece 50 may be shorter than the second cylinder 26 such that the stage extension piece 50 is not in physical contact with the first pre-cooling stage 25.
  • the pre-cooling refrigerator 20 is not limited to a GM refrigerator.
  • the pre-cooling refrigerator 20 may be another type of cryogenic refrigerator, such as a pulse tube refrigerator or a Stirling refrigerator.
  • the present invention can be used in the field of Joule-Thomson refrigerators.

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Abstract

ＪＴ冷凍機（１８）は、第１予冷ステージ（２５）を備える予冷冷凍機（２０）と、第１予冷ステージ（２５）に取り付けられ、第１予冷ステージ（２５）によって冷却されるステージ延長部品（５０）と、ステージ延長部品（５０）との熱交換を可能とするようにステージ延長部品（５０）に装着された第１冷媒配管（４４ａ）と、を備える。ステージ延長部品（５０）は、予冷冷凍機（２０）の第２予冷ステージ（２７）に取り付けられ、第２予冷ステージ（２７）によって冷却されてもよく、第２冷媒配管（４４ｂ）がステージ延長部品（５０）との熱交換を可能とするようにステージ延長部品（５０）に装着されてもよい。

Description

ジュール・トムソン冷凍機
　本発明は、ジュール・トムソン（Joule-Thomson；ＪＴ）冷凍機に関する。
　従来、ＪＴ膨張を利用した冷媒ガスの冷却を可能にするＪＴ弁と、ＪＴ弁に供給される冷媒ガスを予冷する例えばギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機などの予冷冷凍機とを備えるＪＴ冷凍機が知られている。
特開２００３－２１４７１９号公報
　一般に、ＪＴ冷凍機の冷媒配管は、予冷冷凍機の冷却ステージに直接巻き付けるなどして装着される。冷媒配管を流れる冷媒ガスは、この冷却ステージとの熱交換により目的の予冷温度に冷却される。しかしながら、冷却ステージが小型でありその表面積が小さい場合には、冷媒配管が装着される熱交換面積が不足し、冷媒ガスの予冷が不十分となりうる。
　本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、ＪＴ冷凍機の予冷冷凍機の熱交換面積を拡張可能とすることにある。
　本発明のある態様によると、ＪＴ冷凍機は、予冷ステージを備える予冷冷凍機と、予冷ステージに取り付けられ、予冷ステージによって冷却されるステージ延長部品と、ステージ延長部品との熱交換を可能とするようにステージ延長部品に装着された冷媒配管と、を備える。
　本発明によれば、ＪＴ冷凍機の予冷冷凍機の熱交換面積を拡張することができる。
実施の形態に係る極低温冷却装置を概略的に示す図である。 実施の形態に係るステージ延長部品の他の例を概略的に示す図である。
　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。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　図１は、実施の形態に係る極低温冷却装置１０を概略的に示す図である。極低温冷却装置１０は、真空容器１２と、輻射シールド１４と、被冷却物１６を冷却するためのＪＴ冷凍機１８とを備える。
　真空容器１２は、例えばクライオスタットであってもよく、内部に極低温真空環境を提供するように構成される。真空容器１２は、周囲圧力（たとえば大気圧）に耐えるように、例えばステンレス鋼などの金属材料またはその他の適する高強度材料で形成される。真空容器１２内には、輻射シールド１４、ＪＴ冷凍機１８の低温部、および被冷却物１６が配置される。
　輻射シールド１４は、真空容器１２内でＪＴ冷凍機１８の低温部および被冷却物１６を囲むように配置されており、真空容器１２からＪＴ冷凍機１８および被冷却物１６への輻射熱の侵入を抑制する。輻射シールド１４は、銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属材料で形成される。真空容器１２と輻射シールド１４の間には多層断熱材などの断熱材が配置されていてもよい。
　被冷却物１６は、例えば、超伝導コイルなどの超伝導機器、または極低温下でより良好に動作する測定機器、またはその他の極低温下で使用される機器であってもよい。あるいは、被冷却物１６は、例えば液体ヘリウムなどの極低温流体であってもよく、ＪＴ冷凍機１８は、気化した極低温流体の再凝縮に使用されてもよい。
　ＪＴ冷凍機１８は、予冷冷凍機２０と、ＪＴ弁３０および最終熱交換器３２を含む冷媒回路４０とを備える。冷媒回路４０を流れる冷媒は、予冷冷凍機２０によって予冷され、ＪＴ弁３０でのＪＴ膨張によりさらに冷却され、最終熱交換器３２に供給される。被冷却物１６は、最終熱交換器３２との熱交換により冷却される。冷却後の冷媒は最終熱交換器３２から回収され後述の圧縮機により昇圧され、再び予冷冷凍機２０によって予冷されＪＴ弁３０に供給される。このようにして、冷媒は冷媒回路４０を循環する。ＪＴ冷凍機１８は、最終熱交換器３２を例えば４Ｋ程度またはそれ未満（例えば１Ｋ～４Ｋ）の温度域に冷却可能であり、よって被冷却物１６を当該温度域に冷却することができる。
　予冷冷凍機２０は、一例として、二段式のＧＭ冷凍機である。予冷冷凍機２０は、第１圧縮機２１と、コールドヘッドとも呼ばれる膨張機２２とを備える。膨張機２２は、駆動部２３、第１シリンダ２４、第１予冷ステージ２５、第２シリンダ２６、および第２予冷ステージ２７を備える。第１圧縮機２１は、周囲環境（例えば室温大気圧環境）に、すなわち真空容器１２の外に配置される。膨張機２２は、駆動部２３が真空容器１２の外に配置され、シリンダおよび予冷ステージが真空容器１２の中に配置されるようにして真空容器１２に設置されている。
　第１シリンダ２４は第１予冷ステージ２５を駆動部２３に接続し、それにより第１予冷ステージ２５は駆動部２３に構造的に支持される。第２シリンダ２６は第２予冷ステージ２７を第１予冷ステージ２５に接続し、それにより第２予冷ステージ２７は第１予冷ステージ２５に構造的に支持される。第１シリンダ２４と第２シリンダ２６は同軸に延在しており、駆動部２３、第１シリンダ２４、第１予冷ステージ２５、第２シリンダ２６、及び第２予冷ステージ２７は、この順に直線状に一列に並ぶ。典型的に、第１予冷ステージ２５と第２予冷ステージ２７は銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属材料で形成され、第１シリンダ２４と第２シリンダ２６は例えばステンレス鋼など他の金属材料で形成される。
　第１シリンダ２４及び第２シリンダ２６それぞれの内部には第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサ（図示せず）が往復動可能に配設されている。第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサにはそれぞれ第１蓄冷器及び第２蓄冷器（図示せず）が組み込まれている。また、駆動部２３は、第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサを往復動させるためのモータなど駆動機構（図示せず）を有する。駆動機構は、膨張機２２の内部への冷媒ガスの供給と排出を周期的に繰り返すよう冷媒ガスの流路を切り替える流路切替機構を含む。予冷冷凍機２０の冷媒ガスは、通例はヘリウムガスであるが、適切な他のガスが用いられてもよい。
　第１圧縮機２１は、冷媒ガスを膨張機２２から回収し、回収した冷媒ガスを昇圧して、再び冷媒ガスを膨張機２２に供給するよう構成されている。第１圧縮機２１と膨張機２２との間の冷媒ガスの循環が膨張機２２内での冷媒ガスの適切な圧力変動と容積変動の組み合わせをもって行われることにより、寒冷を発生する熱力学的サイクル（例えばＧＭサイクル）が構成され、膨張機２２は極低温冷却を提供することができる。
　第１予冷ステージ２５は第１冷却温度に冷却され、第２予冷ステージ２７は第１冷却温度よりも低温の第２冷却温度に冷却される。第１冷却温度は、例えば、５０Ｋ以上１５０Ｋ以下の温度範囲から選択されてもよい。第２冷却温度は、例えば、１０Ｋ以上２５Ｋ以下の温度範囲から選択されてもよい。
　この実施の形態では、ステージ延長部品５０が第１予冷ステージ２５に取り付けられている。ステージ延長部品５０は、第１予冷ステージ２５に熱的に結合され、第１予冷ステージ２５によって第１冷却温度に冷却される。よって、ステージ延長部品５０は、第１予冷ステージ２５と一体化され、第１予冷ステージ２５の一部として機能することができる。
　ステージ延長部品５０は、例えば、銅（例えば、純銅または銅合金）またはアルミニウム（例えば、純アルミニウム、またはアルミニウム合金）など熱伝導率の高い金属材料、またはその他の高熱伝導材料で形成される。ここで、高熱伝導材料は、例えば、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）よりも高い熱伝導率を有する材料であってもよい。
　ステージ延長部品５０は、筒状（例えば円筒状）の形状を有し、一端で第１予冷ステージ２５に固定され、第２予冷ステージ２７に向かって延びている。ステージ延長部品５０内には第２シリンダ２６が配置されている。ステージ延長部品５０の軸方向長さは、第２シリンダ２６よりも短い。よって、ステージ延長部品５０の他端は第２予冷ステージ２７に達していない。そのため、ステージ延長部品５０は第２予冷ステージ２７とは物理的に接触していない。
　ステージ延長部品５０は、取り外し可能に第１予冷ステージ２５に取り付けられている。例えば、ステージ延長部品５０の一端に形成されたフランジがボルトなどの締結部材により第１予冷ステージ２５に固定されてもよい。この締結部材を取り外すことにより、第１予冷ステージ２５へのステージ延長部品５０の固定を解除することができる。なお、ステージ延長部品５０は、例えばろう付けや溶接など、取り外し不能な方法で第１予冷ステージ２５に取り付けられてもよい。
　図１に示されるように、ステージ延長部品５０が第１予冷ステージ２５を輻射シールド１４に接続してもよい。例えば、第１予冷ステージ２５とは反対側のステージ延長部品５０の端部に形成されたフランジがボルトなどの締結部材により輻射シールド１４に固定されてもよい。輻射シールド１４は、ステージ延長部品５０を介して第１予冷ステージ２５に熱的に結合され、第１予冷ステージ２５によって第１冷却温度に冷却されてもよい。輻射シールド１４は、第２予冷ステージ２７などＪＴ冷凍機１８の低温部を囲んでおり、こうした低温部への熱侵入を抑制することができる。
　なお、輻射シールド１４は、ステージ延長部品５０を介さずに第１予冷ステージ２５に直接取り付けられ、または、ステージ延長部品５０とは別の伝熱部材を介して、第１予冷ステージ２５に熱的に結合されてもよい。
　冷媒回路４０は、ＪＴ弁３０と最終熱交換器３２に加えて、第２圧縮機４１と、熱交換器群４２と、これら構成要素を接続する冷媒供給ライン４４および冷媒回収ライン４６とを備える。冷媒回路４０を循環する冷媒ガスは、通例はヘリウムガスであるが、適切な他のガスが用いられてもよい。なお、冷媒回路４０は、ここで述べる具体的構成には限られず、種々の典型的な構成を適宜採用することができる。
　第２圧縮機４１は、冷媒回収ライン４６から回収される冷媒ガスを昇圧して冷媒供給ライン４４に送出するよう構成されている。理解のために、冷媒の流れる方向を図１に矢印で示す。第２圧縮機４１は、冷媒回路４０において冷媒を循環させる冷媒源として働く。第２圧縮機４１は、真空容器１２の外に配置されている。
　冷媒回路４０において熱交換器群４２は、第２圧縮機４１と最終熱交換器３２の間に配置されている。熱交換器群４２は、一連の対向流熱交換器（４２ａ～４２ｃ）からなり、この実施の形態では、第１熱交換器４２ａ、第２熱交換器４２ｂ、および第３熱交換器４２ｃの三段構成を有する。第１熱交換器４２ａは、真空容器１２と輻射シールド１４の間、すなわち、真空容器１２の内側で輻射シールド１４の外側のスペースに配置されている。第２熱交換器４２ｂ、第３熱交換器４２ｃ、最終熱交換器３２は、輻射シールド１４の内側に配置されている。
　第１熱交換器４２ａは、真空容器１２の外から真空容器１２内に流入する高温（例えば常温、例えば約３００Ｋ）の冷媒ガスを冷却する。第２熱交換器４２ｂは、第１熱交換器４２ａおよび第１予冷ステージ２５により冷却された冷媒をさらに冷却する。第３熱交換器４２ｃは、第２熱交換器４２ｂおよび第２予冷ステージ２７により冷却された冷媒をさらに冷却する。
　冷媒供給ライン４４は、第２圧縮機４１の吐出側を最終熱交換器３２の冷媒入口に接続し、冷媒回収ライン４６は、最終熱交換器３２の冷媒出口を第２圧縮機４１の吸入側に接続する。冷媒供給ライン４４が、第１熱交換器４２ａ、第２熱交換器４２ｂ、および第３熱交換器４２ｃそれぞれの高圧側流路を有し、冷媒回収ライン４６が、第１熱交換器４２ａ、第２熱交換器４２ｂ、および第３熱交換器４２ｃそれぞれの低圧側流路を有する。各熱交換器において高圧側流路と低圧側流路との熱交換により、高圧側流路を流れる冷媒を冷却することができる。高圧側流路、低圧側流路はそれぞれ、高温側流路、低温側流路と呼ぶこともできる。
　また、冷媒供給ライン４４は、第１冷媒配管４４ａと第２冷媒配管４４ｂを含む。これら冷媒配管は、例えば、銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属材料で形成される。
　第１冷媒配管４４ａは、第１熱交換器４２ａから第１予冷ステージ２５を経由して第２熱交換器４２ｂへと延びる。第１冷媒配管４４ａは、第１熱交換器４２ａの高圧側流路を第２熱交換器４２ｂの高圧側流路に接続する。第１冷媒配管４４ａは、第１予冷ステージ２５に熱的に結合されており、第１冷媒配管４４ａを流れる冷媒は、第１予冷ステージ２５により冷却される。
　ただし、この実施の形態では、第１冷媒配管４４ａは、第１予冷ステージ２５ではなく、ステージ延長部品５０との熱交換を可能とするようにステージ延長部品５０に装着されている。例えば、第１冷媒配管４４ａは、ステージ延長部品５０の外周面に巻き付けられた状態でステージ延長部品５０に固着されている。第１冷媒配管４４ａは、第１予冷ステージ２５には巻き付けられていない。上述のようにステージ延長部品５０は第１予冷ステージ２５に取り付けられ熱的に結合されているから、第１冷媒配管４４ａは、第１予冷ステージ２５によって冷却されたステージ延長部品５０によって第１冷却温度に冷却される。
　第２冷媒配管４４ｂは、第２熱交換器４２ｂから第２予冷ステージ２７を経由して第３熱交換器４２ｃへと延びる。第２冷媒配管４４ｂは、第２熱交換器４２ｂの高圧側流路を第３熱交換器４２ｃの高圧側流路に接続する。第２冷媒配管４４ｂは、第２予冷ステージ２７に熱的に結合されており、第２冷媒配管４４ｂを流れる冷媒は、第２予冷ステージ２７により冷却される。第２冷媒配管４４ｂは、第２予冷ステージ２７の外周面に巻き付けられた状態で第２予冷ステージ２７に固着されていてもよい。
　ＪＴ弁３０は、冷媒供給ライン４４において熱交換器群４２の最後の熱交換器（本例では第３熱交換器４２ｃ）と最終熱交換器３２との間に配置されている。第３熱交換器４２ｃの高圧側流路がＪＴ弁３０を介して最終熱交換器３２の冷媒入口に接続される。ＪＴ弁３０は、この実施の形態では、固定オリフィスである。しかしながら、ＪＴ弁３０は、開度を調整可能な可変オリフィスであってもよい。
　ＪＴ冷凍機１８の定常運転では、以下のように冷媒回路４０を冷媒が流れる。第２圧縮機４１で圧縮された高圧冷媒は、最初に第１熱交換器４２ａの高圧側流路に供給される。第１熱交換器４２ａの高圧側流路を流れる高圧冷媒は、第１熱交換器４２ａの低圧側流路を流れる戻りの低圧冷媒と熱交換して冷却される。第１熱交換器４２ａで冷却された高圧冷媒は第１冷媒配管４４ａに流入する。
　第１冷媒配管４４ａを流れる高圧冷媒は予冷冷凍機２０の第１予冷ステージ２５によって冷却され、第２熱交換器４２ｂの高圧側流路へ送り込まれる。第２熱交換器４２ｂの高圧側流路を流れる高圧冷媒は、第２熱交換器４２ｂの低圧側流路を流れる戻りの低圧冷媒と熱交換して冷却される。第２熱交換器４２ｂで冷却された高圧冷媒は第２冷媒配管４４ｂに流入する。
　第２冷媒配管４４ｂを流れる高圧冷媒は予冷冷凍機２０の第２予冷ステージ２７によって冷却され、第３熱交換器４２ｃの高圧側流路へ送り込まれる。第３熱交換器４２ｃの高圧側流路を流れる高圧冷媒は、第３熱交換器４２ｃの低圧側流路を流れる戻りの低圧冷媒と熱交換して冷却される。こうして、高圧冷媒は、ＪＴ効果が期待される温度（すなわち逆転温度以下の温度）まで冷却され、ＪＴ弁３０へと送られる。
　この冷却された高圧冷媒は、ＪＴ弁３０を通過するとき、ジュール・トムソン効果によりミスト状の気液混合状態の低圧冷媒となり、液化冷媒の温度域での冷却能力を発生させる。ミスト状低圧冷媒は最終熱交換器３２に送られる。上述のように冷媒がヘリウムである場合、最終熱交換器３２を液体ヘリウム温度域に冷却することができる。最終熱交換器３２は、被冷却物１６との熱交換により被冷却物１６を当該温度に冷却できる。
　最終熱交換器３２を冷却する際にミスト状低圧冷媒は蒸発し再び気化する。ＪＴ弁３０において未液化の冷媒および蒸発により気化した冷媒は、第３熱交換器４２ｃの低圧側流路に戻される。低圧冷媒は、冷媒回収ライン４６を、第３熱交換器４２ｃ、第２熱交換器４２ｂ、第１熱交換器４２ａの順に流れる。このとき低圧冷媒は上述のように、各熱交換器（４２ｃ，４２ｂ，４２ａ）にて高圧冷媒を冷却しながら昇温される。こうして常温に戻った低圧冷媒は真空容器１２を出て第２圧縮機４１に回収され、再び圧縮される。
　このようにして、極低温冷却装置１０は、予冷冷凍機２０の第２冷却温度よりも低い温度、例えば４Ｋ程度またはそれ未満（例えば１Ｋ～４Ｋ）の所望の温度に被冷却物１６を冷却することができる。
　実施の形態によると、ステージ延長部品５０が第１予冷ステージ２５に取り付けられたことにより、予冷冷凍機２０の１段の熱交換面積が拡張されている。ステージ延長部品５０の形状を調整することにより、第１冷媒配管４４ａを十分に予冷するために必要とされる面積を確保することが可能になる。例えば、ステージ延長部品５０の軸方向長さを長くする、径を大きくするなど、ステージ延長部品５０の寸法を大きくすることにより、その表面積を増加することができる。たとえ第１予冷ステージ２５が小型であり表面積が小さかったとしても、第１冷媒配管４４ａのための熱交換面積の不足をステージ延長部品５０で補うことができる。
　その結果、予冷冷凍機２０は、汎用品を採用することができる。例えば、予冷冷凍機２０として市販のＧＭ冷凍機を利用できる。ＪＴ冷凍機１８の予冷のために第１予冷ステージ２５の表面積など専用に設計することは必要なくなり、ＪＴ冷凍機１８の低コスト化につながる。
　また、この実施の形態では、ステージ延長部品５０は、取り外し可能に第１予冷ステージ２５に取り付けられている。第１予冷ステージ２５には、第１冷媒配管４４ａが装着されていない。そのため、ステージ延長部品５０と第１予冷ステージ２５の固定を解除して、第１予冷ステージ２５をステージ延長部品５０から分離することができる。これは、例えば予冷冷凍機２０のメンテナンスのために、予冷冷凍機２０をＪＴ冷凍機１８から取り外すことを容易にするため、便利である。
　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。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。
　図２は、実施の形態に係るステージ延長部品５０の他の例を概略的に示す図である。図示されるように、ステージ延長部品５０は、予冷冷凍機２０の第２予冷ステージ２７に取り付けられてもよい。ステージ延長部品５０は、第２予冷ステージ２７に熱的に結合され、第２予冷ステージ２７によって第２冷却温度に冷却されてもよい。ステージ延長部品５０は、第２予冷ステージ２７と一体化され、第２予冷ステージ２７の一部として機能してもよい。ステージ延長部品５０は、筒状（例えば円筒状）の形状を有し、一端で第２予冷ステージ２７に固定され、第２予冷ステージ２７から第２シリンダ２６とは反対側に軸方向に延びていてもよい。
　第２冷媒配管４４ｂは、ステージ延長部品５０との熱交換を可能とするようにステージ延長部品５０に装着されてもよい。第２冷媒配管４４ｂは上述のように、第２熱交換器４２ｂを第３熱交換器４２ｃに接続する。第２冷媒配管４４ｂは、ステージ延長部品５０の外周面に巻き付けられた状態でステージ延長部品５０に固着されている。この例では、第２冷媒配管４４ｂは、第２予冷ステージ２７には巻き付けられていない。ステージ延長部品５０は第２予冷ステージ２７に取り付けられ熱的に結合されているから、第２冷媒配管４４ｂは、第２予冷ステージ２７によって冷却されたステージ延長部品５０によって第２冷却温度に冷却される。
　このようにすれば、ステージ延長部品５０を利用して、予冷冷凍機２０の２段の熱交換面積を拡張することができる。ステージ延長部品５０の形状を調整することにより、第２冷媒配管４４ｂを十分に予冷するために必要とされる面積を確保することが可能になる。たとえ第２予冷ステージ２７が小型であり表面積が小さかったとしても、第２冷媒配管４４ｂのための熱交換面積の不足をステージ延長部品５０で補うことができる。
　上述の実施の形態と同様に、ステージ延長部品５０は、取り外し可能に第２予冷ステージ２７に取り付けられてもよい。第２予冷ステージ２７には第２冷媒配管４４ｂが装着されていない。そのため、ステージ延長部品５０と第２予冷ステージ２７の固定を解除して、第２予冷ステージ２７をステージ延長部品５０から分離することができる。これは、例えば予冷冷凍機２０のメンテナンスのために、予冷冷凍機２０をＪＴ冷凍機１８から取り外すことを容易にするため、便利である。
　図２に示されるステージ延長部品５０は、図１を参照して説明した実施の形態に組み合わされてもよい。つまり、ＪＴ冷凍機１８は、第１予冷ステージ２５に取り付けられ、第１予冷ステージ２５によって冷却される第１のステージ延長部品５０と、第２予冷ステージ２７に取り付けられ、第２予冷ステージ２７によって冷却される、第１のステージ延長部品５０とは別の第２のステージ延長部品５０と、を備えてもよい。
　なお、熱交換面積をさらに広くすることが望まれる場合など、必要とされる場合には、第１冷媒配管４４ａは、ステージ延長部品５０に加えて第１予冷ステージ２５にも装着されてもよい。同様に、第２冷媒配管４４ｂは、ステージ延長部品５０に加えて第２予冷ステージ２７にも装着されてもよい。
　図１の実施の形態では、ステージ延長部品５０は、第１予冷ステージ２５から第２予冷ステージ２７に向かって延びているが、ステージ延長部品５０の配置はこれに限られない。ステージ延長部品５０は、第１予冷ステージ２５から第１シリンダ２４に沿って延びていてもよい。この場合、第１シリンダ２４がステージ延長部品５０内に配置される。ステージ延長部品５０が真空容器１２と物理的に接触しないように、ステージ延長部品５０の軸方向長さは、第１シリンダ２４よりも短くてもよい。
　同様に、図２の実施の形態において、ステージ延長部品５０は、第２予冷ステージ２７から第２シリンダ２６に沿って第１予冷ステージ２５に向かって延びていてもよい。第２シリンダ２６は、ステージ延長部品５０内に配置される。ステージ延長部品５０が第１予冷ステージ２５と物理的に接触しないように、ステージ延長部品５０の軸方向長さは、第２シリンダ２６よりも短くてもよい。
　予冷冷凍機２０は、ＧＭ冷凍機には限られない。予冷冷凍機２０は、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機など、他の形式の極低温冷凍機であってもよい。
　実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
　本発明は、ジュール・トムソン冷凍機の分野における利用が可能である。
　１０　極低温冷却装置、　１８　ＪＴ冷凍機、　２０　予冷冷凍機、　２５　第１予冷ステージ、　２７　第２予冷ステージ、　４４ａ　第１冷媒配管、　４４ｂ　第２冷媒配管、　５０　ステージ延長部品。

Claims (10)

  1. 　予冷ステージを備える予冷冷凍機と、
    　前記予冷ステージに取り付けられ、前記予冷ステージによって冷却されるステージ延長部品と、
    　前記ステージ延長部品との熱交換を可能とするように前記ステージ延長部品に装着された冷媒配管と、を備えることを特徴とするジュール・トムソン冷凍機。
  2. 　前記ステージ延長部品は、取り外し可能に前記予冷ステージに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のジュール・トムソン冷凍機。
  3. 　前記冷媒配管は、前記予冷ステージには装着されていないことを特徴とする請求項２に記載のジュール・トムソン冷凍機。
  4. 　前記予冷冷凍機は、前記予冷ステージから延びるシリンダを備え、
    　前記シリンダは、前記ステージ延長部品内に配置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ジュール・トムソン冷凍機。
  5. 　前記予冷冷凍機は、前記予冷ステージから延びるシリンダを備え、
    　前記ステージ延長部品は、前記予冷ステージから前記シリンダとは反対側に延び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ジュール・トムソン冷凍機。
  6. 　前記予冷冷凍機は、第１予冷ステージと、前記第１予冷ステージよりも低温に冷却される第２予冷ステージと、を備え、
    　前記ステージ延長部品は、前記第１予冷ステージに取り付けられ、前記第１予冷ステージによって冷却されることを特徴とする請求項１に記載のジュール・トムソン冷凍機。
  7. 　前記ステージ延長部品は、取り外し可能に前記第１予冷ステージに取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のジュール・トムソン冷凍機。
  8. 　前記冷媒配管は、前記第１予冷ステージには装着されていないことを特徴とする請求項７に記載のジュール・トムソン冷凍機。
  9. 　前記予冷冷凍機は、前記第２予冷ステージを前記第１予冷ステージに接続するシリンダを備え、
    　前記シリンダは、前記ステージ延長部品内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のジュール・トムソン冷凍機。
  10. 　前記ステージ延長部品は、前記第２予冷ステージとは物理的に接触していないことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のジュール・トムソン冷凍機。
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