超低温制冷机.pdf

本发明涉及一种超低温制冷剂。本发明提供一种降低穿梭损失，并且提高制冷剂气体与换热器之间的换热效率的技术。在本发明的超低温制冷机(1)中，置换器(2)在置换器(2)的低温端具备盖部(2b)。缸体(4)将置换器(2)容纳成沿长边方向往复移动自如，并且在与盖部(2b)之间形成制冷剂气体的膨胀空间(3)。盖部(2b)中形成有将置换器(2)和膨胀空间(3)连通的制冷剂气体流路(16)。制冷剂气体流路(16)设置成向膨胀空间(3)内流出的制冷剂气体的流出方向相对于置换器(2)的长边方向倾斜。

权利要求书
1.  一种超低温制冷机，其特征在于，具备：
置换器；
盖部，设置在所述置换器的低温端；及
缸体，将所述置换器容纳成沿长边方向往复移动自如，并且在与所述盖部 之间形成制冷剂气体的膨胀空间，
所述盖部中形成有将所述置换器和所述膨胀空间连通的制冷剂气体流路，
所述制冷剂气体流路设置成向所述膨胀空间内流出的制冷剂气体的流出方 向相对于所述置换器的长边方向倾斜。

2.  根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述制冷剂气体流路设置成向所述膨胀空间内流出的制冷剂气体朝向所述 缸体的侧面。

3.  根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述盖部具备多个制冷剂气体流路。

4.  根据权利要求3所述的超低温制冷机，其特征在于，
通过所述多个制冷剂气体流路中的一个流路的制冷剂气体向所述膨胀空间 内流出的方向与通过其他流路的制冷剂气体向所述膨胀空间内流出的方向不 同。

5.  根据权利要求3或4所述的超低温制冷机，其特征在于，
所述多个制冷剂气体流路设置成相对于所述置换器的长边方向的中心轴旋 转对称。

说明书超低温制冷机
本申请主张基于2013年12月18日申请的日本专利申请第2013-261441 号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种使用从压缩装置供给的高压制冷剂气体产生西蒙膨胀而产 生超低温寒冷的超低温制冷机，尤其涉及一种在超低温制冷机中使用的置换 器。
背景技术
作为产生超低温的制冷机的一例，已知有吉福德-麦克马洪(Gifford- McMahon；GM)制冷机。GM制冷机通过使置换器在缸体内往复移动而使膨胀空 间的体积发生变化。通过与该体积变化相对应地、选择性地连接膨胀空间和压 缩机的吐出侧及膨胀空间和吸气侧，从而使制冷剂气体在膨胀空间膨胀。通过 此时产生的寒冷对冷却对象进行冷却。
专利文献1：日本特开2013-142479号公报
以GM制冷机为代表的具备置换器的制冷机中，为了使置换器在缸体内往 复移动，在缸体与置换器之间设有间隙。在缸体的低温侧端部设有冷却台，该 间隙的一部分作为间隙内的制冷剂气体与冷却台之间进行换热的换热器发挥作 用。另一方面，还已知因间隙中存在的制冷剂气体的导热而存在被称作穿梭损 失的损失。
若加长换热器而加宽与制冷剂气体的换热面积，则制冷剂气体与冷却台之 间的换热效率得到提高。然而，换热器越长，穿梭损失就越大。如此，基于改 变换热器长度的换热效率的提高与穿梭损失的降低处于此消彼长的关系。
发明内容
本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于提供一种降低穿梭损失，并 且提高制冷剂气体与换热器之间的换热效率的技术。
为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的超低温制冷机具备置换器； 盖部，设置在置换器的低温端；及缸体，将置换器容纳成沿长边方向往复移动 自如，并且在与盖部之间形成制冷剂气体的膨胀空间。盖部中形成有将置换器 和膨胀空间连通的制冷剂气体流路，制冷剂气体流路设置成向膨胀空间内流出 的制冷剂气体的流出方向相对于置换器的长边方向倾斜。
根据本发明，能够提供一种降低穿梭损失，并且提高制冷剂气体与换热器 之间的换热效率的技术。
附图说明
图1是示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的超低温制冷机及置换器 的示意图。
图2(a)-图2(b)是表示本发明的实施方式所涉及的超低温制冷机中的 制冷剂气体流路的一例的图。
图3(a)-图3(b)是表示本发明的实施方式所涉及的制冷剂气体流路的 另一例的图。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的2级式超低温制冷机的结构的示意 图。
图5(a)-图5(b)是表示本发明的实施方式所涉及的2级式超低温制冷 机的另一结构的示意图。
图6是表示本发明的实施方式的一个变形例所涉及的超低温制冷机及置换 器的示意图。
图中：1-超低温制冷机，2-置换器，2a-主体部，2b-盖部，3-膨胀空间， 4-缸体，5-冷却台，7-蓄冷器，8-室温室，11-上部开口，12-压缩机，13-供 给阀，14-回流阀，15-密封件，16-制冷剂气体流路，17-第1开口部，18-第2 开口部，19-内部表面，20-外部表面，31-超低温制冷机，32-第1置换器， 32b-盖部，33-销，34-连接器，35-销，36-第2置换器，37-第1缸体，38-第 2缸体，39-室温室，41-第1蓄冷器，42-上部开口，43-压缩机，44-供给阀， 45-回流阀，46-密封件，47-第1膨胀空间，48-制冷剂气体流路，49-第1冷 却台，50-第2蓄冷器，51-第2膨胀空间，52b-盖部，53-螺旋槽，54-第2冷 却台，56-制冷剂气体流路。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施方式进行说明。
实施方式所涉及的超低温制冷机1例如为将氦气用作制冷剂气体的吉福德 -麦克马洪(GM)式的制冷机。超低温制冷机1具备置换器2、在与置换器2之 间形成膨胀空间3的缸体4、及与膨胀空间3相邻且以外包围该膨胀空间3的 方式存在的有底圆筒状的冷却台5。冷却台5作为在冷却对象与制冷剂气体之 间进行换热的换热器发挥作用。置换器2包括主体部2a和在低温端的盖部 2b。盖部2b可由与主体部2a相同的部件构成。并且，盖部2b也可由导热系 数高于主体部2a的材质制成。如此一来，盖部2b还作为在与流经盖部2b内 的制冷剂气体之间进行换热的导热部发挥作用。盖部2b例如使用铜、铝、不 锈钢等导热系数至少大于主体部2a的材料。冷却台5例如由铜、铝、不锈钢 等制成。
压缩机12从吸气侧回收低压制冷剂气体，并将其压缩之后向超低温制冷 机1供给高压制冷剂气体。作为制冷剂气体，例如能够使用氦气等，但并不限 定于此。
缸体4将置换器2容纳成能够沿长边方向往复移动。从强度、导热系数、 氦隔离能力等观点考虑，缸体4例如使用不锈钢。
在置换器2的高温端设有往复驱动置换器2的未图示的止转棒轭机构，置 换器2沿着缸体4的轴向往复移动。
置换器2具有圆筒状的外周面，在置换器2的内部填充有蓄冷材料。该置 换器2的内部容积构成蓄冷器7。在蓄冷器7的上端侧及下端侧可设有对氦气 的流动进行整流的整流器(未图示)。
在置换器2的高温端形成有使制冷剂气体从该室温室8向置换器2流通的 上部开口11。室温室8为由缸体4和置换器2的高温端形成的空间，其容积随 着置换器2的往复移动发生变化。
室温室8上连接有将由压缩机12、供给阀13、回流阀14构成的吸排气系 统相互连接的配管中的供排共同配管。并且，在置换器2的偏靠高温端的部分 与缸体4之间安装有密封件15。
在置换器2的低温端形成有向膨胀空间3导入制冷剂气体的制冷剂气体流 路16。膨胀空间3为由缸体4和置换器2形成的空间，其容积随着置换器2的 往复移动发生变化。在缸体4的外周及底部的与膨胀空间3对应的位置配置有 与冷却对象热连接的冷却台5，冷却台5被通过制冷剂气体流路16流入膨胀空 间3的制冷剂气体冷却。
从比重、强度、导热系数等观点考虑，置换器2的主体部2a例如使用酚 醛树脂等。蓄冷材料例如由金属丝网等构成。另外，图1中示出超低温制冷机 1运行中的状态。因此，随着主体部2a因低温而稍微收缩，主体部2a和盖部 2b处于外径相同的状态，但在常温下，盖部2b的外径稍微小于主体部2a的外 径。
接着，对超低温制冷机1的动作进行说明。在制冷剂气体供给工序的某一 时间点，置换器2位于缸体4的下止点LP。若与此同时或者稍微错开的时刻打 开供给阀13，则高压制冷剂气体经由供给阀13从供排共同配管供给至缸体4 内。其结果，高压制冷剂气体从位于置换器2上部的上部开口11流入置换器2 内部的蓄冷器7中。流入到蓄冷器7中的高压制冷剂气体被蓄冷材料冷却的同 时，经由位于置换器2下部的制冷剂气体流路16供给至膨胀空间3。
若膨胀空间3被高压制冷剂气体填满，则供给阀13被关闭。此时，置换 器2位于缸体4内的上止点UP。若与此同时或者稍微错开的时刻打开回流阀 14，则膨胀空间3的制冷剂气体被减压而膨胀。通过膨胀成为低温的膨胀空间 3的氦气吸收冷却台5的热量。
置换器2朝向下止点LP移动，从而膨胀空间3的容积减小。膨胀空间3 内的制冷剂气体经由制冷剂气体流路16、蓄冷器7、上部开口11返回到压缩 机12的吸气侧。此时，蓄冷材料被制冷剂气体冷却。将该工序作为1个循 环，超低温制冷机1重复进行该冷却循环，由此对冷却台5进行冷却。
在实施方式所涉及的超低温制冷机1及置换器2中，从冷却台5进入的热 量经由膨胀空间3中存在的制冷剂气体进入至盖部2b。即，当膨胀空间3中产 生的低温制冷剂气体通过制冷剂气体流路16时，制冷剂气体与盖部2b之间进 行换热。
并且，进入到盖部2b的热量进一步在盖部2b内部朝向膨胀空间3传递。 如上所述，在置换器2的低温端具备盖部2b。因此，盖部2b与膨胀空间3内 的低温制冷剂气体接触，从而能够进一步提高冷却台5与制冷剂气体之间的换 热效率。
另外，有时还由例如酚醛树脂等制成置换器2的盖部2b。然而，与由导热 系数高于主体部2a的材质制成盖部2b的本实施方式所涉及的超低温制冷机1 相比，制冷剂气体与盖之间的换热减少，基本上不进行换热。因此，仅在膨胀 空间3中产生的低温制冷剂气体与冷却台5之间进行换热，冷却效率下降。因 此，就置换器2的盖而言，优选由导热系数高于主体部2a的材质制成盖部 2b。
如以上说明，在实施方式所涉及的超低温制冷机1中，置换器2在缸体4 内往复移动，从而使膨胀空间3内的制冷剂气体膨胀而产生寒冷。如图1所 示，为了置换器2的往复移动，在缸体4与置换器2之间设有间隙C。间隙C 中与冷却台5相邻的部分作为在冷却台5与间隙C内的制冷剂气体之间进行换 热的换热器发挥作用。
在此，还已知为了使置换器2内的制冷剂气体通过换热器而使制冷剂气体 流路16朝向缸体4的半径方向(朝向缸体4的侧面的方向)的技术。根据该 方法，虽然有换热面积增大的优点，但存在制冷剂气体流路16弯曲且流路面 积变窄的趋势。其结果，流路阻力增大，从而产生压力损失。并且，当置换器 2在缸体4内往复移动时，因间隙C中存在的制冷剂气体的导热而产生的损失 即所谓的“穿梭损失”也增大。
相对于此，还已知为了降低穿梭损失，在缸体4的轴向上设置制冷剂气体 流路16并使制冷剂气体向缸体4的底面流出的技术。该方法由于在间隙C中 不积极进行换热，因此能够减小制冷剂气体流路16的流路阻力。因此，与将 制冷剂气体流路16朝向缸体4的半径方向的方法相比，压力损失和穿梭损失 减小。另一方面，在膨胀空间3内膨胀的制冷剂气体与冷却对象物之间的换热 面积变窄，换热效率下降。
因此，实施方式所涉及的将置换器2和膨胀空间3连通的制冷剂气体流路 16设置成当从置换器2流入的制冷剂气体向膨胀空间3内流出时，使其朝向相 对于置换器2的长边方向倾斜。以下，对实施方式所涉及的制冷剂气体流路16 进行更具体说明。
图1中示出实施方式所涉及的制冷剂气体流路16的一例。如图1所示， 在置换器2的盖部2b的置换器2的内部侧的表面(以下称为“内部表面 19”)设有第1开口部17，并且在置换器2的外部侧的表面(以下称为“外部 表面20”)设有第2开口部18。制冷剂气体流路16设置成将第1开口部17 作为一端、将第2开口部18作为另一端，将盖部2b中的内部表面19和外部 表面20连通。
在此，制冷剂气体流路16设置成如下：将内部表面19中的第1开口部17 沿着置换器2的长边方向投影到外部表面20时，投影后的第1开口部17的位 置与第2开口部18的位置不同。由此，当从第1开口部17流入的制冷剂气体 从第2开口部18向膨胀空间3内流出时，制冷剂气体向与置换器2的长边方 向不同的方向流出。其结果，与沿着缸体4的轴向朝向图1中的下方设置制冷 剂气体流路16的情况相比，实施方式所涉及的超低温制冷机1通过从第2开 口部18向膨胀空间3内流出的制冷剂气体的作用，在膨胀空间3内容易产生 制冷剂气体的涡流。因此，制冷剂气体与冷却台5之间的换热效率得到提高。
并且，与使制冷剂气体流路16朝向缸体4的半径方向的情况相比，实施 方式所涉及的超低温制冷机1由于能够加宽制冷剂气体流路16的流路面积， 因此能够降低穿梭损失及压力损失。
在此，制冷剂气体流路16优选设置成从第2开口部18流出的制冷剂气体 朝向缸体4的侧面。由此，从第2开口部18流出的制冷剂气体与缸体4的侧 面碰撞而改变移动方向，因此膨胀空间3内的制冷剂气体的流动变得复杂。因 此，在膨胀空间3内更容易产生制冷剂气体的涡流，从而制冷剂气体与冷却台 5之间的换热效率进一步得到提高。
另外，优选在置换器2的盖部2b设置多个将第1开口部17和第2开口部 18连通的制冷剂气体流路16。由此，能够加宽制冷剂气体流路16整体的流路 面积，从而能够进一步降低压力损失。并且，由于制冷剂气体从多个部位向膨 胀空间3内流出，因此膨胀空间3内的制冷剂气体的流动变得复杂。因此，在 膨胀空间3内容易产生制冷剂气体的紊流，制冷剂气体与冷却台5之间的换热 效率得到进一步提高。
图2(a)-图2(b)是表示本发明的实施方式所涉及的超低温制冷机1中 的制冷剂气体流路16的另一例的图。与图1所示的例子相同，图2(a)及图 2(b)所示的例子的制冷剂气体流路16也设置成将第1开口部17作为一端、 将第2开口部18作为另一端，将盖部2b中的内部表面19和外部表面20连 通。并且，设置成当将内部表面19中的第1开口部17沿着置换器2的长边方 向投影到外部表面20时，投影后的第1开口部17的位置与第2开口部18的 位置不同。
另一方面，图2(a)及图2(b)所示的例子与图1所示的例子不同，通 过一个制冷剂气体流路16的制冷剂气体向膨胀空间3内流出的方向与通过其 他制冷剂气体流路16的制冷剂气体向膨胀空间3内流出的方向相同。由此， 向膨胀空间3流出的制冷剂气体的作用力向使膨胀空间3的制冷剂气体旋转的 方向起作用，从而膨胀空间3的制冷剂气体容易产生涡流。另外，在图2(a) 所示的例子中，制冷剂气体流路16构成为直线状，相对于此，图2(b)所示 的例子中，制冷剂气体流路16构成为螺旋形状。与图2(b)所示的例子相 比，图2(a)所示的例子在容易加工制冷剂气体流路16的这一方面有效。另 一方面，与图2(a)所示的例子相比，图2(b)所示的例子中，制冷剂气体 流路16变长。因此，具有流经制冷剂气体流路16的制冷剂气体与盖部2b之 间的换热效率得到提高的效果。
图3(a)-图3(b)是表示本发明的实施方式所涉及的制冷剂气体流路16 的又一例的图，是表示盖部2b及制冷剂气体流路16的立体图。更具体而言， 图3(a)-图3(b)分别是在盖部2b设置4条制冷剂气体流路16(制冷剂气 体流路16a、16b、16c及16d)的情况的图。另外，与图1、图2(a)及图2 (b)所示的例子相比，在图3(a)-图3(b)中省略盖部2b形状的一部分。
在此，图3(a)中示出4条制冷剂气体流路16从第1开口部17至第2开 口部18为止分别构成为直线状的例子。并且，图3(b)中示出4条制冷剂气 体流路16从第1开口部17至第2开口部18为止分别构成为螺旋形状的例 子。在图3(a)-图3(b)中，通过4个制冷剂气体流路16中的一个制冷剂 气体流路16的制冷剂气体向膨胀空间3内流出的方向与通过其他制冷剂气体 流路16的制冷剂气体向膨胀空间3内流出的方向不同。
例如，在图3(a)中，通过制冷剂气体流路16a的制冷剂气体在膨胀空间 3内向图3(a)中右下方流出。相对于此，通过制冷剂气体流路16c的制冷剂 气体在膨胀空间3内向通过制冷剂气体流路16a的制冷剂气体的流出方向的相 反侧，即图3(a)中左下方流出。由此，向膨胀空间3流出的制冷剂气体的作 用力向使膨胀空间3的制冷剂气体旋转的方向起作用，从而膨胀空间3的制冷 剂气体容易产生涡流。
更加具体而言，在图3(a)中，4条制冷剂气体流路16设置成相对于置 换器2的长边方向的中心轴旋转对称。在此，置换器2的长边方向的中心轴与 将盖部2b看作圆柱时的中心轴一致。因此，在图3(a)中，还可以说4条制 冷剂气体流路16设置成相对于盖部2b的中心轴旋转对称。
例如，若将图3(a)所示的盖部2b以中心轴为中心向顺时针方向旋转90 度，则旋转后的制冷剂气体流路16a、16b、16c及16d的位置分别与旋转前的 制冷剂气体流路16b、16c、16d及16a一致。旋转180度或270度时也相同， 旋转后的制冷剂气体流路16a、16b、16c及16d的位置分别与旋转前的制冷剂 气体流路16a、16b、16c及16d中的任意一个一致。
由此，通过制冷剂气体流路16a、16b、16c及16d向膨胀空间3流出的制 冷剂气体均起到使膨胀空间3的制冷剂气体向同一旋转方向旋转的作用。结 果，膨胀空间3的制冷剂气体容易产生涡流，从而能够进一步提高膨胀空间3 中的制冷剂气体与盖部2b之间的换热效率。
另外，与图3(a)所示的例子相同，图3(b)所示的例子中，4条制冷剂 气体流路16也设置成相对于置换器2的长边方向的中心轴旋转对称。因此， 其作用效果也与图3(a)所示的例子相同，膨胀空间3的制冷剂气体容易产生 涡流，从而能够进一步提高膨胀空间3中的制冷剂气体与盖部2b之间的换热 效率。
以上，作为实施方式所涉及的超低温制冷机1将一级式超低温制冷机作为 例子进行了说明。但超低温制冷机1并不限于一级式，也可以为多级式，例如 能够适用于下述的2级式超低温制冷机。
图4是表示本发明的实施方式所涉及的2级式超低温制冷机31的示意 图。超低温制冷机31与上述的一级式超低温制冷机1同样为将氦气用作制冷 剂气体的吉福德-麦克马洪(GM)式的制冷机。如图4所示，超低温制冷机31 具备第1置换器32、及与第1置换器32在长边方向上连结的第2置换器36。 例如，如图5所示，第1置换器32和第2置换器36经由销33、连接器34、 销35连接。
第1缸体37和第2缸体38形成为一体，第1缸体37的低温端和第2缸 体38的高温端在第1缸体37的底部连接。第2缸体38为与第1缸体37同轴 形成、且直径小于第1缸体37的圆筒部件。第1缸体37将第1置换器32容 纳成能够沿长边方向往复移动，第2缸体38将第2置换器36容纳成能够沿长 边方向往复移动。
考虑强度、导热系数、氦隔离能力等，第1缸体37、第2缸体38例如使 用不锈钢。第2置换器36通过用氟树脂等耐磨性树脂的保护膜包覆不锈钢等 金属制成的筒的外周面而构成。
第1置换器32具有圆筒状的外周面，在第1置换器32的内部填充有第1 蓄冷材料(未图示)。该第1置换器32的内部容积作为第1蓄冷器41发挥作 用。虽未图示，但也可在第1蓄冷器41的上部及下部分别设置整流器。在第1 置换器32的高温端形成有使制冷剂气体从室温室39向第1置换器32流通的 上部开口42。室温室39为由第1缸体37和第1置换器32的高温端形成的空 间，其容积随着第1置换器32的往复移动发生变化。在室温室39上连接有将 由压缩机43、供给阀44、回流阀45构成的吸排气系统相互连接的配管中的供 排共同配管。并且，在第1置换器32的偏靠高温端的部分与第1缸体37之间 安装有密封件46。
在第1置换器32的低温端形成有将制冷剂气体导入到第1膨胀空间47的 制冷剂气体流路48。第1膨胀空间47为由第1缸体37和第1置换器32形成 的空间，其容积随着第1置换器32的往复移动发生变化。在第1缸体37外周 中与第1膨胀空间47对应的位置配置有与未图示的被冷却物热连接的第1冷 却台49，第1冷却台49被第1膨胀空间47的制冷剂气体冷却。
第2置换器36具有圆筒状的外周面，在第2置换器36的内部填充有第2 蓄冷材料(未图示)。该第2置换器36的内部容积构成第2蓄冷器50。第1 膨胀空间47和第2置换器36的高温端由未图示的连通路连通。制冷剂气体经 由该连通路从第1膨胀空间47向第2蓄冷器50流通。
在第2置换器36的低温端形成有用于使制冷剂气体向第2膨胀空间51流 通的制冷剂气体流路56。第2膨胀空间51为由第2缸体38和第2置换器36 形成的空间，其容积随着第2置换器36的往复移动发生变化。
在第2缸体38外周中与第2膨胀空间51对应的位置配置有与冷却对象热 连接的第2冷却台54，第2冷却台54被第2膨胀空间51内的制冷剂气体冷 却。
从比重、强度、导热系数等观点考虑，第1置换器32例如使用夹布酚醛 等。第1蓄冷材料例如由金属丝网等构成。并且，第2蓄冷材料通过用毛毡及 金属丝网在轴向上夹持例如铅球等蓄冷材料而构成。另外，在第2置换器36 的外周面形成有以螺旋状向第1膨胀空间47侧延伸的螺旋槽53。
在图4所示的例子中，制冷剂气体流路48构成为贯穿位于第1置换器32 的低温端的盖部32b。制冷剂气体流路56构成为贯穿位于第2置换器36的低 温端的盖部52b。与图1所示的制冷剂气体流路16同样地，制冷剂气体流路 48及制冷剂气体流路56设置成相对于第1置换器32及第2置换器36的长边 方向倾斜。由此，通过制冷剂气体流路48的制冷剂气体在第1膨胀空间47中 产生制冷剂气体的涡流。同样地，通过制冷剂气体流路56的制冷剂气体在第2 膨胀空间51中产生制冷剂气体的涡流。
结果，能够提高第1膨胀空间47内的制冷剂气体与第1冷却台49之间的 换热效率、及第2膨胀空间51内的制冷剂气体与第2冷却台54之间的换热效 率。并且，还能够降低第1缸体37与第1置换器32之间的穿梭损失、及第2 缸体38与第2置换器36之间的穿梭损失。
图5(a)-图5(b)是表示本发明的实施方式所涉及的2级式超低温制冷 机31的另一结构的示意图。图5(a)-图5(b)所示的例子与图4所示的例 子的不同点在于，贯穿位于第2置换器36的低温端的盖部52b的制冷剂气体 流路56的形状不同，其他部分是共同的。因此，适当省略或简化共同部分而 进行说明。
图5(a)所示的例子中的制冷剂气体流路56的形状与图2(a)所示的制 冷剂气体流路16的形状相同。并且，图5(b)中的制冷剂气体流路56的形状 与图2(b)所示的制冷剂气体流路16的形状相同。因此，其作用效果也相 同，能够提高第2膨胀空间51内的制冷剂气体与第2冷却台54之间的换热效 率。并且，还能够降低第1缸体37与第1置换器32之间的穿梭损失、及第2 缸体38与第2置换器36之间的穿梭损失。
如以上说明，实施方式所涉及的超低温制冷机1及超低温制冷机31能够 降低穿梭损失，并且能够提高制冷剂气体与换热器之间的换热效率。
以上，根据实施方式对本发明进行了说明，但实施方式仅仅示出本发明的 原理、应用。并且，对于实施方式而言，在不脱离权利要求中规定的本发明思 想的范围内可以有多种变形例或配置的变更。
例如，在上述超低温制冷机中，示出了级数为1级及2级的情况，但该级 数能够适当地选定为3级等。并且，在实施方式中，对超低温制冷机为GM制 冷机的例子进行了说明，但并不限于此。例如，本发明也能够适用于斯特林制 冷机、苏尔威制冷机等具备置换器的任何制冷机。
在图4及图5(a)-图5(b)中，对于制冷剂气体流路48而言，对贯穿 位于第1置换器32的低温端的盖部32b的制冷剂气体流路48的形状与图1所 示的制冷剂气体流路16的形状的相同的情况进行了说明。然而，2级式超低温 制冷机31中的制冷剂气体流路48的形状并不限于此，例如可为图2(a)-图 2(b)或图3(a)-图3(b)所示的形状，基于此的作用效果也与图2(a)- 图2(b)或图3(a)-图3(b)所示的情况相同。
以上，对制冷剂气体流路16的一端即第1开口部17设置于置换器2的低 温端侧的盖中的内部表面19且另一端即第2开口部18设置于外部表面20的 情况进行了说明。在此，在制冷剂气体流路16中，只要设置成从第2开口部 18流出的制冷剂气体的朝向相对于置换器2的长边方向倾斜即可，并不限定于 第1开口部17和第2开口部18设置在置换器2的低温端侧的盖上的情况。
图6是表示本发明的实施方式的一个变形例所涉及的超低温制冷机1及置 换器2的示意图。如图6所示，在变形例所涉及的超低温制冷机1中，制冷剂 气体流路16的两端即第1开口部17及第2开口部18设置于置换器2的主体 部2a。在此，在置换器2的长边方向上，第1开口部17和第2开口部18不 同，制冷剂气体流路16朝向图中斜下方。
第2开口部18位于间隙C，从第1开口部17流入之后通过制冷剂气体流 路16的气体从第2开口部18朝向缸体4的侧面流出。由此，从第2开口部18 流出的制冷剂气体与缸体4的侧面碰撞而改变移动方向，因此膨胀空间3内的 制冷剂气体的流动变得复杂。因此，在膨胀空间3内更容易产生制冷剂气体的 涡流，从而能够提高制冷剂气体与冷却台5之间的换热效率。并且，还能够降 低穿梭损失。
以上，如图1所示，对制冷剂气体流路16的一端即第1开口部17设置于 置换器2的低温端侧的盖中的内部表面19且另一端即第2开口部18设置于外 部表面20的情况进行了说明。在此基础上，例如，还可以具备如图6所示的 在置换器2的主体部2a设有流路两端的制冷剂气体流路。此时，可设为所谓 的“侧喷式流路”，即，使设置于主体部2a的制冷剂气体流路与置换器2的 轴向正交。
另外，上述变形例所涉及的超低温制冷机1示出了级数为1级的情况，但 也可以适用于2级以上。在各级中，设置成将制冷剂气体流路16设置于缸体 的侧面，并且从第2开口部18流出的制冷剂气体的朝向相对于置换器2的长 边方向倾斜即可。另外，也可设为将第1开口部17设置于盖的内部表面19， 并且将第2开口部18设置于缸体的侧面。