JPH08219568A - Cooler, operation method thereof and semiconductor device having the cooler - Google Patents
Cooler, operation method thereof and semiconductor device having the coolerInfo
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- JPH08219568A JPH08219568A JP7022783A JP2278395A JPH08219568A JP H08219568 A JPH08219568 A JP H08219568A JP 7022783 A JP7022783 A JP 7022783A JP 2278395 A JP2278395 A JP 2278395A JP H08219568 A JPH08219568 A JP H08219568A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、冷却機に関し、特に、
通常の室内環境で結露しにくい温度範囲での冷却に適し
た冷却機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chiller, and more particularly,
The present invention relates to a cooler suitable for cooling in a temperature range where it is difficult for dew condensation in a normal indoor environment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度が向上す
るにつれて発熱の問題が深刻になってきた。プラスチッ
クによる封止がこの問題に拍車をかけている。半導体集
積回路には、発熱が１５Ｗ程度に達するものもあり、排
熱の工夫をしなければ温度が３７０Ｋ〜４２０Ｋになる
と言われている。このような高温になると、回路の誤動
作が発生し易くなり、さらには回路の破壊につながるこ
とにもなる。2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor integrated circuits has improved, the problem of heat generation has become more serious. Plastic encapsulation adds to this problem. Some semiconductor integrated circuits generate heat up to about 15 W, and it is said that the temperature will reach 370 K to 420 K without devising heat dissipation. At such a high temperature, malfunction of the circuit is likely to occur, and further the circuit may be destroyed.
【０００３】放熱板の大型化と強制送風によって排熱処
理を行っているが、半導体装置が小型化されてきている
ため、この方法では限界に達しつつある。また、集積回
路以外でもレーザ、サイリスタ等の半導体装置等におい
ては、半導体基板の昇温が動作に致命的な悪影響を及ぼ
すことがある。有効な排熱処理が強く望まれている。Exhaust heat treatment is performed by increasing the size of the heat sink and forced air blowing, but this method is reaching the limit because the semiconductor device is becoming smaller. In addition to integrated circuits, in semiconductor devices such as lasers and thyristors, the temperature rise of the semiconductor substrate may have a fatal adverse effect on the operation. There is a strong demand for effective exhaust heat treatment.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】半導体装置の冷却のた
めにペルチェ効果を用いた電子冷却が考えられている
が、冷却効率が悪く現実的ではない。また、冷媒ガスの
断熱膨張による吸熱を利用した既存の機械式冷凍機を用
いる方法も考えられる。しかし、既存の冷凍機は１２０
Ｋ以下の極低温で使用されるものであり、過剰な冷却に
よる結露、収縮による破損等が生じる危険性が高い。Electronic cooling using the Peltier effect has been considered for cooling semiconductor devices, but the cooling efficiency is poor and not practical. Further, a method of using an existing mechanical refrigerator utilizing the heat absorption due to the adiabatic expansion of the refrigerant gas can be considered. However, the existing refrigerator has 120
It is used at an extremely low temperature of K or less, and there is a high risk of dew condensation due to excessive cooling, damage due to shrinkage, and the like.
【０００５】本発明の目的は、常温において効率的に排
熱を行うことができる機械式冷却機及びそれを使用した
冷却方法を提供することである。An object of the present invention is to provide a mechanical cooler capable of efficiently discharging heat at room temperature and a cooling method using the same.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の冷却機は、内部
空間を有する容器と該内部空間に充填された蓄冷材とを
含み、該内部空間の一端から圧力が脈動する作動ガスの
供給及び回収が行われ、該内部空間を移動する作動ガス
と熱交換を行う蓄冷器と、内部空洞を有し、該内部空洞
の一端が前記蓄冷器の内部空間の他端に接続されたパル
スチューブと、前記パルスチューブの内部空洞の他端に
接続され、作動ガスを蓄積して前記パルスチューブの内
部空洞との間で作動ガスを輸送するリザーバタンクとを
有し、前記蓄冷器の内部空間のうち蓄冷材が充填された
部分の長さ及び前記パルスチューブの内部空洞の長さは
１０〜２０ｍｍである。A cooler of the present invention includes a container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and supplies a working gas whose pressure pulsates from one end of the internal space. A regenerator that is recovered and exchanges heat with the working gas that moves in the internal space; and a pulse tube that has an internal cavity and one end of the internal cavity is connected to the other end of the internal space of the regenerator. A reservoir tank that is connected to the other end of the internal cavity of the pulse tube and that stores a working gas and transports the working gas between the pulse tube and the internal cavity of the pulse tube; The length of the portion filled with the cool storage material and the length of the internal cavity of the pulse tube are 10 to 20 mm.
【０００７】本発明の他の冷却機は、内部空間を有する
容器と該内部空間に充填された蓄冷材とを含み、該内部
空間の一端から圧力が脈動する作動ガスの供給及び回収
が行われ、該内部空間を移動する作動ガスと熱交換を行
う蓄冷器と、内部空洞を有し、該内部空洞の一端が前記
蓄冷器の内部空間の他端に接続されたプラスチック製の
パルスチューブと、前記パルスチューブの内部空洞の他
端に接続され、作動ガスを蓄積して前記パルスチューブ
の内部空洞との間で作動ガスを輸送するリザーバタンク
とを有する。Another cooler of the present invention includes a container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and supply and recovery of a working gas whose pressure pulsates from one end of the internal space. A regenerator for exchanging heat with the working gas moving in the inner space; and a plastic pulse tube having an inner cavity, one end of the inner cavity being connected to the other end of the inner space of the regenerator, A reservoir tank connected to the other end of the internal cavity of the pulse tube for accumulating the working gas and transporting the working gas to and from the inner cavity of the pulse tube.
【０００８】本発明の他の冷却機は、内部空間を有する
容器と該内部空間に充填された蓄冷材とを含み、該内部
空間の一端から圧力が脈動する作動ガスの供給及び回収
が行われ、該内部空間を移動する作動ガスと熱交換を行
う蓄冷器と、内部空洞を有し、該内部空洞の一端が前記
蓄冷器の内部空間の他端に接続されたパルスチューブ
と、前記パルスチューブの内部空洞の他端に接続され、
作動ガスを蓄積して前記パルスチューブの内部空洞との
間で作動ガスを輸送するリザーバタンクと、圧力が脈動
する作動ガスを供給する圧縮機と、前記圧縮機と前記蓄
冷器の内部空間の前記一端とを接続し、作動ガスを流通
させる連結配管と、前記圧縮機、前記連結配管、前記蓄
冷器の内部空間、前記パルスチューブの内部空洞及び前
記リザーバタンク内に封入され、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ2 から
なる群より選択された少なくとも１つの作動ガスとを有
する。Another cooler of the present invention includes a container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and a working gas whose pressure pulsates is supplied and recovered from one end of the internal space. A pulse tube having a regenerator for exchanging heat with a working gas moving in the internal space, an internal cavity, and one end of the internal cavity connected to the other end of the internal space of the regenerator; Connected to the other end of the internal cavity of
A reservoir tank for storing the working gas and transporting the working gas between the pulse tube and the internal cavity of the pulse tube, a compressor for supplying the working gas whose pressure pulsates, and the internal space of the compressor and the regenerator. A connection pipe that connects one end and allows working gas to flow, and is enclosed in the compressor, the connection pipe, the internal space of the regenerator, the internal cavity of the pulse tube, and the reservoir tank. And at least one working gas selected from the group consisting of 2 .
【０００９】本発明の冷却方法は、内部空間を有する容
器と該内部空間に充填された蓄冷材とを含み、該内部空
間の一端から圧力が脈動する作動ガスの供給及び回収が
行われ、該内部空間を移動する作動ガスと熱交換を行う
蓄冷器と、内部空洞を有し、該内部空洞の一端が前記蓄
冷器の内部空間の他端に接続されたパルスチューブと、
前記パルスチューブの内部空洞の他端に接続され、作動
ガスを蓄積して前記パルスチューブの内部空洞との間で
作動ガスを輸送するリザーバタンクとを有する冷却機に
圧力が脈動する作動ガスを供給し、前記パルスチューブ
の内部空洞内の作動ガスを往復移動させて前記パルスチ
ューブの内部空洞の前記一端に寒冷を発生する冷却方法
であって、前記パルスチューブの内部空洞内の作動ガス
の圧力が０．１〜０．２ＭＰａであり、往復移動する作
動ガスの最大変位が１０〜５０ｍｍである。The cooling method of the present invention includes a container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and a working gas whose pressure pulsates is supplied and recovered from one end of the internal space. A regenerator that performs heat exchange with the working gas that moves in the internal space, and a pulse tube that has an internal cavity, one end of the internal cavity being connected to the other end of the internal space of the regenerator,
Supplying a working gas whose pressure pulsates to a cooler that is connected to the other end of the internal cavity of the pulse tube and has a reservoir tank that stores the working gas and transports the working gas to and from the internal cavity of the pulse tube. However, the working gas in the internal cavity of the pulse tube is reciprocatingly moved to generate cooling at the one end of the internal cavity of the pulse tube, wherein the pressure of the working gas in the internal cavity of the pulse tube is It is 0.1 to 0.2 MPa, and the maximum displacement of the reciprocating working gas is 10 to 50 mm.
【００１０】本発明の半導体装置は、半導体素子と、作
動ガスの断熱膨張により冷却部に寒冷を発生する冷却機
と、前記冷却部と前記半導体素子とを熱的に直接接続す
る熱伝導部材とを有する半導体装置。The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element, a cooler that produces cold in the cooling section due to adiabatic expansion of the working gas, and a heat conducting member that directly thermally connects the cooling section and the semiconductor element. A semiconductor device having.
【００１１】[0011]
【作用】蓄冷器の一端から、圧力が脈動する作動ガスの
供給及び回収を周期的に行うと、蓄冷器とパルスチュー
ブの接続部に寒冷が発生する。蓄冷器及びパルスチュー
ブの長さを１０〜２０ｍｍとし、従来の極低温冷凍機よ
りも短くしているため、高温端と低温端との温度差が生
じにくい。このため、低温端に結露が生じにくい条件
で、寒冷を発生することができる。When the working gas whose pressure pulsates is periodically supplied and collected from one end of the regenerator, cold is generated at the connection between the regenerator and the pulse tube. Since the length of the regenerator and the pulse tube is 10 to 20 mm, which is shorter than that of the conventional cryogenic refrigerator, a temperature difference between the high temperature end and the low temperature end hardly occurs. For this reason, cold can be generated under the condition that dew condensation does not easily occur at the low temperature end.
【００１２】蓄冷器とパルスチューブを用いた冷却機
を、大気中で結露しにくい条件で動作させる場合には、
パルスチューブの高温端と低温端との温度差が小さいた
め、パルスチューブの材料としてプラスチックを使用す
ることができる。プラスチックを使用すれば、コストの
低減を図ることが可能になる。When a cooler using a regenerator and a pulse tube is operated in the atmosphere under conditions where dew condensation is difficult,
Since the temperature difference between the high temperature end and the low temperature end of the pulse tube is small, plastic can be used as the material of the pulse tube. If plastic is used, cost can be reduced.
【００１３】また、結露しにくい条件で動作させる場合
には、作動ガスとして比較的液化点の高いガスを使用す
ることができる。例えば、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ2 を使用する
ことができる。Further, when operating under conditions where dew condensation is difficult, a gas having a relatively high liquefaction point can be used as the working gas. For example, Ne, Ar, N 2 can be used.
【００１４】蓄冷器とパルスチューブを用いた冷却機
を、結露しにくい条件で動作させる場合、前記パルスチ
ューブの内部空洞内の作動ガスの圧力が０．１〜０．２
ＭＰａになるようにすると、大きな吸熱量を得ることが
できる。また、パルスチューブの高温端における作動ガ
スの最大変位が１０ｍｍ以上になるようにすると、大き
な吸熱量を得ることができる。通常の圧縮機で作動ガス
を供給する場合には、作動ガスの最大変位を５０ｍｍ以
下とすることが現実的である。When a cooler using a regenerator and a pulse tube is operated under conditions where condensation is unlikely to occur, the pressure of the working gas in the internal cavity of the pulse tube is 0.1 to 0.2.
When it is set to MPa, a large amount of heat absorption can be obtained. Moreover, when the maximum displacement of the working gas at the high temperature end of the pulse tube is set to 10 mm or more, a large amount of heat absorption can be obtained. When the working gas is supplied by an ordinary compressor, it is realistic to set the maximum displacement of the working gas to 50 mm or less.
【００１５】冷却機の冷却部と半導体素子とを熱的に結
合し、冷却部が結露しにくい温度範囲になる条件で冷却
機を動作させることにより、半導体素子を結露等によっ
て損傷させることなく効率的に冷却することが可能にな
る。The cooling unit of the cooler is thermally coupled to the semiconductor element, and the cooling unit is operated under the condition that the cooling section is in a temperature range in which the dew condensation does not easily occur. It becomes possible to cool it.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施例による冷却機の断
面図を示す。冷却機は、圧縮機１、冷却部２及びこれら
を接続する連結配管３から構成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a cooler according to an embodiment of the present invention. The cooler is composed of a compressor 1, a cooling unit 2 and a connecting pipe 3 connecting them.
【００１７】圧縮機１は、円筒状の外部容器１０、及び
外部容器１０の内部に取り付けられたシリンダ１１、ピ
ストン１２、バネ座１３、永久磁石１４、小径コイルバ
ネ１５Ａ、及び大径コイルバネ１５Ｂを含んで構成され
ている。シリンダ１１は、その外周面の中央部で外部容
器１０に固定されており、シリンダ１１の外周面と外部
容器１０の内周面との間に、２つの円筒状の間隙を形成
している。２つのピストン１２がシリンダ１１内に挿入
されて相互に対向配置され、圧縮空間１７を画定してい
る。圧縮空間１７は、ガス流路２０を介して連結配管３
に接続されている。The compressor 1 includes a cylindrical outer container 10, a cylinder 11 mounted inside the outer container 10, a piston 12, a spring seat 13, a permanent magnet 14, a small-diameter coil spring 15A, and a large-diameter coil spring 15B. It is composed of. The cylinder 11 is fixed to the outer container 10 at the center of its outer peripheral surface, and two cylindrical gaps are formed between the outer peripheral surface of the cylinder 11 and the inner peripheral surface of the outer container 10. Two pistons 12 are inserted in the cylinder 11 and arranged to face each other, and define a compression space 17. The compression space 17 is connected to the connecting pipe 3 via the gas flow path 20.
It is connected to the.
【００１８】シリンダ１１と外部容器１０との間に形成
された２つの円筒状の間隙内に、それぞれ円筒状の永久
磁石１４が配置され、外部容器１０の内周面に取り付け
られている。永久磁石１４、シリンダ１１、外部容器１
０、及び永久磁石１４とシリンダ１１との間の間隙によ
って磁気回路１６が形成されている。永久磁石１４とシ
リンダ１１との間の間隙内に、円筒状の可動コイル１８
が配置されている。可動コイル１８はピストン１２に固
定的に取り付けられている。Cylindrical permanent magnets 14 are arranged in two cylindrical gaps formed between the cylinder 11 and the outer container 10, and are attached to the inner peripheral surface of the outer container 10. Permanent magnet 14, cylinder 11, external container 1
The magnetic circuit 16 is formed by 0 and the gap between the permanent magnet 14 and the cylinder 11. In the gap between the permanent magnet 14 and the cylinder 11, a cylindrical moving coil 18
Is arranged. The movable coil 18 is fixedly attached to the piston 12.
【００１９】外部容器１０の両端の内面にはバネ座１３
が固定されている。ピストン１２は小径コイルバネ１５
Ａと大径コイルバネ１５Ｂによりバネ座１３に取り付け
られ、軸方向に弾性的に支持されている。可動コイル１
８には、外部から電源端子１９を介して電流が供給され
る。Spring seats 13 are provided on the inner surfaces of both ends of the outer container 10.
Has been fixed. The piston 12 is a small diameter coil spring 15
A and a large-diameter coil spring 15B are attached to the spring seat 13 and elastically supported in the axial direction. Moving coil 1
A current is externally supplied to 8 via the power supply terminal 19.
【００２０】可動コイル１８に電流を流すと、可動コイ
ル１８は磁気回路１６に発生した磁界から軸方向の力を
受ける。従って、可動コイル１８に交流電流を流すと、
ピストン１２を軸方向に往復駆動することができる。２
つのピストン１２を相互に反対方向に駆動すると圧縮空
間１７の容積が周期的に変動する。圧縮空間１７の容積
が減少するとき、圧縮されたガスを連結配管３内に供給
し、容積が増加するとき、連結配管３内のガスを吸引す
る。When a current is passed through the movable coil 18, the movable coil 18 receives an axial force from the magnetic field generated in the magnetic circuit 16. Therefore, when an alternating current is applied to the movable coil 18,
The piston 12 can be reciprocally driven in the axial direction. Two
When the two pistons 12 are driven in mutually opposite directions, the volume of the compression space 17 changes periodically. When the volume of the compression space 17 decreases, the compressed gas is supplied into the connecting pipe 3, and when the volume increases, the gas in the connecting pipe 3 is sucked.
【００２１】このように、圧縮機１は連結配管３内に、
圧力が脈動するガスを供給することができる。このと
き、２つのピストン１２が相互に反対方向に駆動されそ
の重心位置が変化しないため、圧縮機１全体の振動を低
減することができる。In this way, the compressor 1 is connected to the inside of the connecting pipe 3.
A gas whose pressure pulsates can be supplied. At this time, the two pistons 12 are driven in mutually opposite directions, and the position of the center of gravity thereof does not change, so that the vibration of the entire compressor 1 can be reduced.
【００２２】冷却部２は、蓄冷器３０、接続部材３３、
パルスチューブ３１、細管３５、リザーバタンク３２、
及びフランジ３４を含んで構成されている。蓄冷器３０
は、内部空間を有し、この内部空間の少なくとも一部に
蓄冷材が充填されている。蓄冷器３０の高温端はフラン
ジ３４に取り付けられており、蓄冷器３０の内部空間は
フランジ３４内に形成されたガス流路を介して連結配管
３に連通している。The cooling unit 2 includes a regenerator 30, a connecting member 33,
Pulse tube 31, thin tube 35, reservoir tank 32,
And a flange 34. Regenerator 30
Has an internal space, and at least a part of the internal space is filled with the cool storage material. The high temperature end of the regenerator 30 is attached to the flange 34, and the internal space of the regenerator 30 communicates with the connecting pipe 3 via a gas flow path formed in the flange 34.
【００２３】パルスチューブ３１は、内部空洞を有し、
その低温端が接続部材３３を介して蓄冷器３０の内部空
間の低温端に連通している。パルスチューブ３１の高温
端はフランジ３４に取り付けられ、フランジ３４を介し
て蓄冷器３０の高温端に熱的に結合している。The pulse tube 31 has an internal cavity,
The low temperature end communicates with the low temperature end of the internal space of the regenerator 30 via the connecting member 33. The high temperature end of the pulse tube 31 is attached to the flange 34, and is thermally coupled to the high temperature end of the regenerator 30 via the flange 34.
【００２４】蓄冷器３０とパルスチューブ３１は、ガス
流の方向がほぼ平行になるように配置され、さらに、接
続部材３３と共にＵ字状形状に配置されている。蓄冷器
３０とパルスチューブ３１の長さＬは１０〜２０ｍｍで
ある。The regenerator 30 and the pulse tube 31 are arranged so that the directions of the gas flows are substantially parallel to each other, and are further arranged in a U shape together with the connecting member 33. The length L of the regenerator 30 and the pulse tube 31 is 10 to 20 mm.
【００２５】パルスチューブ３１の内部空洞の高温端
は、フランジ３４に形成されたガス流路３７及び細管３
５を介してリザーバタンク３２に連通している。ガス流
路３７は、パルスチューブ３１の内部空洞とほぼ同一の
断面積を有する大径部３７ａ及び細管３５の内径とほぼ
同一の内径を有する小径部３７ｂから構成されている。The high temperature end of the internal cavity of the pulse tube 31 has a gas passage 37 formed in the flange 34 and the thin tube 3.
It communicates with the reservoir tank 32 through 5. The gas flow path 37 is composed of a large diameter portion 37 a having substantially the same cross-sectional area as the internal cavity of the pulse tube 31 and a small diameter portion 37 b having an inner diameter substantially the same as the inner diameter of the thin tube 35.
【００２６】圧縮機１の圧縮空間１７、連結配管３、蓄
冷器３０の内部空間、接続部材３３、パルスチューブ３
１の内部空洞、細管３５、及びリザーバタンク３２は、
閉じた空間を形成しており、この空間内に作動ガスが封
入されている。作動ガスは、冷却機の動作状態において
化学的に安定なガスであり、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｎ2 ガス等である。The compression space 17 of the compressor 1, the connecting pipe 3, the internal space of the regenerator 30, the connecting member 33, the pulse tube 3
The internal cavity 1, the thin tube 35, and the reservoir tank 32 are
A closed space is formed, and the working gas is enclosed in this space. The working gas is a gas that is chemically stable in the operating state of the cooler, such as He, Ne, A
r, N 2 gas and the like.
【００２７】圧縮機１を運転すると、圧縮空間１７の容
積が減少する半周期に圧縮された作動ガスが蓄冷器３０
の内部空間へ供給される。次の半周期には圧縮空間１７
の容積が増加し、蓄冷器３０の内部空間から作動ガスが
回収される。When the compressor 1 is operated, the working gas compressed in a half cycle in which the volume of the compression space 17 is reduced is regenerator 30.
Is supplied to the interior space of. Compressed space 17 in the next half cycle
And the working gas is recovered from the internal space of the regenerator 30.
【００２８】蓄冷器３０の内部空間に圧縮された作動ガ
スが供給されると、作動ガスは蓄冷材と熱交換を行い、
接続部材３３を介してパルスチューブ３１の内部空洞に
流入する。この圧縮された作動ガスによる一方向性圧縮
効果により、パルスチューブ３１の内部空洞に温度勾配
が生ずる。圧縮熱はパルスチューブ３１の壁に伝達され
る。この温度勾配は圧縮流の向きに対して正となるの
で、圧縮熱の多くはパルスチューブ３１の高温端で発生
する。When the compressed working gas is supplied to the internal space of the regenerator 30, the working gas exchanges heat with the regenerator material,
It flows into the internal cavity of the pulse tube 31 via the connecting member 33. Due to the unidirectional compression effect of the compressed working gas, a temperature gradient is generated in the internal cavity of the pulse tube 31. The compression heat is transferred to the wall of the pulse tube 31. Since this temperature gradient is positive with respect to the direction of the compressed flow, most of the compression heat is generated at the high temperature end of the pulse tube 31.
【００２９】作動ガスが圧縮機１に回収される際には、
パルスチューブ３１内のガスは膨張する。ガスの流れの
向きは、圧縮のときとは逆になり、パルスチューブ３１
内にガス流の向きに対して負となるような温度勾配がで
きる。しかし、膨張開始前に熱除去が行われているの
で、作動ガス全体の平均温度は圧縮時よりも低くなって
おり、その結果作動ガスはパルスチューブ３１の壁から
熱を受ける。パルスチューブ３１の低温端は、この温度
勾配によって最も温度の低い部分となり、この部分で寒
冷が発生する。低温端にある作動ガスは、蓄冷器３０の
蓄冷材を冷却しつつ圧縮機１に回収される。When the working gas is collected in the compressor 1,
The gas in the pulse tube 31 expands. The direction of the gas flow is opposite to that at the time of compression, and the pulse tube 31
There is a temperature gradient inside which is negative with respect to the direction of the gas flow. However, since the heat is removed before the expansion starts, the average temperature of the entire working gas is lower than that during compression, and as a result, the working gas receives heat from the wall of the pulse tube 31. The low temperature end of the pulse tube 31 becomes a portion with the lowest temperature due to this temperature gradient, and cold is generated in this portion. The working gas at the low temperature end is collected by the compressor 1 while cooling the regenerator material of the regenerator 30.
【００３０】細管３５とリザーバタンク３２は、作動ガ
ス流に対してそれぞれ電気回路のインピーダンスとキャ
パシタンスの機能を果たす。インピーダンスとキャパシ
タンスを適当に調整することにより、パルスチューブ３
１内の作動ガスの圧力変化と体積変化の位相差を調整す
ることができる。作動ガスの圧力と体積が適当な位相差
をもって変動することにより、効率的に寒冷を発生する
ことができる。The capillaries 35 and the reservoir tank 32 serve as the impedance and capacitance of the electric circuit for the working gas flow, respectively. By adjusting impedance and capacitance appropriately, pulse tube 3
The phase difference between the pressure change and the volume change of the working gas in 1 can be adjusted. By varying the pressure and volume of the working gas with an appropriate phase difference, it is possible to efficiently generate cold.
【００３１】次に、図１に示す冷却機を、半導体素子の
冷却に使用する場合の構成例を説明する。図１に示すよ
うに、回路基板５０に半導体素子５１が搭載されてい
る。半導体素子５１は、集積回路素子でもよいし個別素
子でもよい。蓄冷器３０及びパルスチューブ３１の低温
端が、熱伝導部材３６を介して半導体素子５１に熱的に
直接結合している。半導体素子５１から発生した熱は、
熱伝導部材３６を伝導し蓄冷器３０及びパルスチューブ
３１の低温端に吸収される。このようにして、半導体素
子５１を効率的に冷却することができる。Next, an example of the configuration when the cooling machine shown in FIG. 1 is used for cooling a semiconductor element will be described. As shown in FIG. 1, the semiconductor element 51 is mounted on the circuit board 50. The semiconductor element 51 may be an integrated circuit element or an individual element. The low temperature ends of the regenerator 30 and the pulse tube 31 are thermally coupled directly to the semiconductor element 51 via the heat conducting member 36. The heat generated from the semiconductor element 51 is
The heat is conducted through the heat conduction member 36 and absorbed by the low temperature ends of the regenerator 30 and the pulse tube 31. In this way, the semiconductor element 51 can be cooled efficiently.
【００３２】熱伝導部材３６は、半導体素子５１に機械
的な負担がかからないようにするために柔軟な材料で形
成することが好ましい。例えば、グリース、編み込み銅
線等を使用することが好ましい。The heat-conducting member 36 is preferably formed of a flexible material so that the semiconductor element 51 is not subjected to a mechanical load. For example, it is preferable to use grease, braided copper wire or the like.
【００３３】従来のパルスチューブ冷凍機では、パルス
チューブ及び蓄冷器の長さが６０ｍｍのとき真空中にお
いて低温端が約９０Ｋ程度まで冷却される。従って冷却
対象物に結露が生じ、半導体素子の冷却には適さない。
上記実施例では、パルスチューブ及び蓄冷器の長さを１
０〜２０ｍｍとすることによって、低温端に結露が発生
しにくくなっている。In the conventional pulse tube refrigerator, when the length of the pulse tube and the regenerator is 60 mm, the low temperature end is cooled to about 90K in vacuum. Therefore, dew condensation occurs on the object to be cooled, which is not suitable for cooling the semiconductor element.
In the above embodiment, the length of the pulse tube and regenerator is 1
By setting it to 0 to 20 mm, it becomes difficult for dew condensation to occur at the low temperature end.
【００３４】例えば、大気中で冷却実験を行ったとこ
ろ、蓄冷器３０及びパルスチューブ３１の長さが５５ｍ
ｍのとき到達温度約−６０℃、２５ｍｍのとき約−１０
℃であった。この実験から、蓄冷器３０及びパルスチュ
ーブ３１の長さを調整することにより、最低到達温度を
制御することが可能になると期待される。For example, when a cooling experiment is performed in the atmosphere, the length of the regenerator 30 and the pulse tube 31 is 55 m.
At m, the reached temperature is about -60 ° C, and at 25 mm it is about -10.
° C. From this experiment, it is expected that the lowest temperature can be controlled by adjusting the lengths of the regenerator 30 and the pulse tube 31.
【００３５】図２は、蓄冷器３０の管璧の温度分布を示
す。横軸は蓄冷器の常温部からの距離を単位ｍｍで表
し、縦軸は蓄冷器の壁温を単位Ｋで表す。なお、図中の
●は、作動ガスの平均圧力１．２ＭＰａ、圧力振幅０．
１ＭＰａ、運転周波数５０Ｈｚの条件で真空中で作動さ
せたときの実測値を示す。常温部からの距離が約１７ｍ
ｍの位置における壁温が約２７０Ｋであり、これよりも
低温側が氷点下になっていることがわかる。FIG. 2 shows the temperature distribution of the pipe wall of the regenerator 30. The horizontal axis represents the distance from the room temperature portion of the regenerator in mm, and the vertical axis represents the wall temperature of the regenerator in K. In the figure, ● indicates an average working gas pressure of 1.2 MPa and a pressure amplitude of 0.
The actual measurement value when operated in vacuum under the conditions of 1 MPa and an operating frequency of 50 Hz is shown. Distance from room temperature is about 17m
It can be seen that the wall temperature at the position of m is about 270K, and the temperature lower than this is below freezing.
【００３６】蓄冷器の長さを変えても温度勾配は大きく
変わらないと考えられる。実際には大気中で使用される
こと、及び、冷却対象物からの発熱を考えると、低温部
が結露しにくい条件で冷却するためには、蓄冷器の長さ
を１０〜２０ｍｍ程度とすればよいであろう。It is considered that the temperature gradient does not change significantly even if the length of the regenerator is changed. Considering the fact that the regenerator is used in the atmosphere and the heat generated from the object to be cooled, in order to cool the low temperature part under conditions where condensation does not occur, the length of the regenerator should be about 10 to 20 mm. Would be good
【００３７】次に、図１に示す冷却機の好ましい運転条
件について説明する。従来の極低温冷凍機では、冷凍能
力を向上させるために、作動ガスの圧力を１．５ＭＰａ
程度まで高くし、パルスチューブ内の高温端における作
動ガスの最大変位が１０ｍｍ程度以下になるような条件
で運転していた。本実施例の場合は、室温近傍における
冷却に使用するため、好適な運転条件が極低温で使用す
る従来の運転条件と異なる。Next, preferable operating conditions of the cooling machine shown in FIG. 1 will be described. In the conventional cryogenic refrigerator, the pressure of the working gas is 1.5 MPa in order to improve the refrigerating capacity.
The operation was performed under the condition that the maximum displacement of the working gas at the high temperature end in the pulse tube was about 10 mm or less. In the case of this example, since it is used for cooling near room temperature, the suitable operating conditions are different from the conventional operating conditions used at extremely low temperatures.
【００３８】図３は、作動ガスの平均圧力に対する吸熱
量の計算結果を示す。横軸は作動ガスの平均圧力を単位
ＭＰａで表し、縦軸は吸熱量を単位Ｗで表す。なお、運
転条件は、圧力振幅０．０２ＭＰａ、運転周波数５０Ｈ
ｚとした。平均圧力が０．１ＭＰａ、０．２ＭＰａのと
き吸熱量はそれぞれ１．６Ｗ、１．５Ｗである。図３か
ら、平均圧力が低い方が吸熱量が大きいことがわかる。FIG. 3 shows the calculation result of the heat absorption amount with respect to the average pressure of the working gas. The horizontal axis represents the average pressure of the working gas in MPa, and the vertical axis represents the heat absorption amount in W. The operating conditions are: pressure amplitude 0.02 MPa, operating frequency 50H.
z. When the average pressure is 0.1 MPa and 0.2 MPa, the heat absorption amounts are 1.6 W and 1.5 W, respectively. It can be seen from FIG. 3 that the lower the average pressure, the larger the heat absorption amount.
【００３９】作動ガスの平均圧力を大気圧以下にすると
空気がパルスチューブ内等に侵入する危険性があるた
め、０．１ＭＰａ以上とすることが好ましい。吸熱量の
低下を防止するためには、平均圧力が０．２ＭＰａ以下
であることが好ましい。また、平均圧力が高くなると、
製造及び取扱いが困難になる。製造及び取扱いを容易に
するためにも平均圧力が０．２ＭＰａ以下であることが
好ましい。If the average pressure of the working gas is below atmospheric pressure, there is a risk that air will enter the inside of the pulse tube and so on. In order to prevent the endothermic amount from decreasing, the average pressure is preferably 0.2 MPa or less. Also, when the average pressure increases,
Manufacturing and handling becomes difficult. The average pressure is preferably 0.2 MPa or less in order to facilitate production and handling.
【００４０】図４は、作動ガスの最大変位に対する吸熱
量の変化の計算結果を示す。横軸はパルスチューブ高温
端での作動ガスの最大変位を単位ｍｍで表し、縦軸は吸
熱量を単位Ｗで表す。計算には、蓄冷器６０とパルスチ
ューブ６１が直線状に接続され、蓄冷器６０の高温端に
圧縮ピストン６２、パルスチューブ６１の高温端に位相
調整機構６３が設けられているモデルを用いた。FIG. 4 shows the calculation result of the change of the heat absorption amount with respect to the maximum displacement of the working gas. The horizontal axis represents the maximum displacement of the working gas at the high temperature end of the pulse tube in mm, and the vertical axis represents the heat absorption amount in W. In the calculation, a model in which the regenerator 60 and the pulse tube 61 are linearly connected, the compression piston 62 is provided at the high temperature end of the regenerator 60, and the phase adjusting mechanism 63 is provided at the high temperature end of the pulse tube 61 is used.
【００４１】ここで、作動ガスの最大変位は、リザーバ
タンク３２の容積、リザーバタンク３２内の作動ガスの
圧力及び温度の変動と、パルスチューブの断面積から求
めることができる。すなわち、リザーバタンク３２内の
作動ガスの圧力及び温度の変化から、リザーバタンク３
２とパルスチューブ３１との間の作動ガスの輸送量が求
まる。この輸送量とパルスチューブの断面積から、パル
スチューブ内における作動ガスの変位量を求めることが
できる。Here, the maximum displacement of the working gas can be obtained from the volume of the reservoir tank 32, fluctuations in the pressure and temperature of the working gas in the reservoir tank 32, and the cross-sectional area of the pulse tube. That is, from the change in the pressure and temperature of the working gas in the reservoir tank 32, the reservoir tank 3
The transport amount of the working gas between 2 and the pulse tube 31 is obtained. The displacement amount of the working gas in the pulse tube can be obtained from the transport amount and the cross-sectional area of the pulse tube.
【００４２】図中の曲線は、高温端の温度が３２０Ｋ、
低温端の温度が３００Ｋの条件下での計算結果を示す。
なお、運転条件は、作動ガスの平均圧力０．１０１ＭＰ
ａ、圧力振幅０．０２ＭＰａ、運転周波数５０Ｈｚとし
た。作動ガスの最大変位が増加すると吸熱量も徐々に増
加し、最大変位１００ｍｍのとき吸熱量は約１０Ｗにな
る。The curve in the figure shows that the temperature at the high temperature end is 320K,
The calculation result under the condition that the temperature at the low temperature end is 300K is shown.
The operating condition is that the average pressure of the working gas is 0.101MP.
a, the pressure amplitude was 0.02 MPa, and the operating frequency was 50 Hz. When the maximum displacement of the working gas increases, the heat absorption amount also gradually increases, and when the maximum displacement is 100 mm, the heat absorption amount becomes about 10 W.
【００４３】従来の極低温冷凍機では、パルスチューブ
の高温端と低温端との間に大きな温度勾配が生じている
ため、作動ガスの変位を大きくすると熱侵入が増加し冷
凍能力が低下する。これに対し、本実施例では、温度勾
配が少ないため、作動ガスの移動による熱侵入が問題に
ならず、作動ガスの変位を大きくする方が好ましい。In the conventional cryogenic refrigerator, a large temperature gradient is generated between the high temperature end and the low temperature end of the pulse tube. Therefore, when the displacement of the working gas is increased, the heat penetration increases and the refrigerating capacity decreases. On the other hand, in this embodiment, since the temperature gradient is small, heat intrusion due to the movement of the working gas does not pose a problem, and it is preferable to increase the displacement of the working gas.
【００４４】図４に示す計算結果から、パルスチューブ
の高温端における作動ガスの最大変位がなるべく大きく
なるような条件で運転することが好ましいと考えられ
る。ただし、圧縮機の吐出能力の制限から、最大変位を
５０ｍｍ以下とすることが現実的であろう。また、所望
の吸熱量を得るためには、最大変位を１０ｍｍ以上とす
ることが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以上とする
のがよい。From the calculation results shown in FIG. 4, it is considered preferable to operate under the condition that the maximum displacement of the working gas at the high temperature end of the pulse tube is as large as possible. However, due to the limitation of the discharge capacity of the compressor, it may be realistic to set the maximum displacement to 50 mm or less. Further, in order to obtain a desired heat absorption amount, the maximum displacement is preferably 10 mm or more, more preferably 20 mm or more.
【００４５】図１に示す冷却機を大気中で運転し、３０
℃において吸熱を確認することができた。蓄冷器の内径
が９ｍｍ、パルスチューブの内径が５ｍｍのとき、投入
電力１０Ｗに対して０．５Ｗの冷却能力、蓄冷器の内径
が１３ｍｍ、パルスチューブの内径が８ｍｍのとき、投
入電力１０Ｗに対して約１Ｗの冷却能力を得ることがで
きた。この実験結果から蓄冷器、パルスチューブの流路
断面積によって冷却能力が変化することがわかる。これ
ら流路断面積を種々変化させて実験を行い、好適な範囲
を見い出すことにより、冷却能力の向上が期待できる。The cooler shown in FIG.
An endotherm could be confirmed at ° C. When the inner diameter of the regenerator is 9 mm and the inner diameter of the pulse tube is 5 mm, the cooling capacity is 0.5 W for the input power of 10 W. When the inner diameter of the regenerator is 13 mm and the inner diameter of the pulse tube is 8 mm, the input power is 10 W. It was possible to obtain a cooling capacity of about 1 W. From this experimental result, it can be seen that the cooling capacity changes depending on the flow passage cross-sectional areas of the regenerator and the pulse tube. It is expected that the cooling capacity will be improved by conducting experiments by changing the cross-sectional area of these flow paths variously and finding a suitable range.
【００４６】従来の極低温冷凍機では、蓄冷器の容器及
びパルスチューブにステンレス等が使用されているが、
本実施例の場合には、動作時の温度が室温近傍であるた
め、プラスチックを使用することができる。プラスチッ
クを使用することにより、コスト低減を図ることができ
る。さらに、蓄冷器の容器及びパルスチューブを一体成
形することにより、製造コストを低減することができ
る。In the conventional cryogenic refrigerator, stainless steel or the like is used for the container and pulse tube of the regenerator.
In the case of this embodiment, since the temperature during operation is near room temperature, plastic can be used. The cost can be reduced by using plastic. Further, by integrally molding the container of the regenerator and the pulse tube, the manufacturing cost can be reduced.
【００４７】上記実施例では、蓄冷器及びパルスチュー
ブの長さを１０〜２０ｍｍとする場合について説明した
が、この長さは冷却対象物の発熱量に対応して適当に選
択することが好ましい。例えば、発熱量の大きい対象物
を冷却する場合には、蓄冷器及びパルスチューブの長さ
を長くすることが好ましい。In the above embodiment, the case where the length of the regenerator and the pulse tube is set to 10 to 20 mm has been described, but it is preferable to select this length appropriately in accordance with the heat generation amount of the object to be cooled. For example, in the case of cooling an object that generates a large amount of heat, it is preferable to lengthen the regenerator and the pulse tube.
【００４８】上記実施例による冷却機の冷却部には可動
部分がないため、冷却対象物に与える振動が少ないとい
う利点がある。さらに、圧縮機の振動が冷却対象物まで
伝搬するのを抑制するために、連結配管を屈曲可能なフ
レキシブルチューブとすることが好ましい。このとき、
動作時における作動ガスの圧力範囲において、フレキシ
ブルチューブの流路断面積が実質的に変動しないことが
必要である。フレキシブルチューブを使用すると、冷却
機を装置に組み込む時の自由度が大きくなるという利点
もある。Since there is no movable part in the cooling part of the cooling machine according to the above embodiment, there is an advantage that vibration given to the object to be cooled is small. Further, in order to suppress the vibration of the compressor from propagating to the object to be cooled, it is preferable that the connecting pipe be a flexible tube that can be bent. At this time,
It is necessary that the flow passage cross-sectional area of the flexible tube does not substantially fluctuate within the pressure range of the working gas during operation. The use of the flexible tube also has the advantage of increasing the degree of freedom when incorporating the cooler in the device.
【００４９】パルスチューブ、蓄冷器もしくは連結配管
にプラスチックを使用し、作動ガスとしてＨｅを使用す
る場合には、ガスのリークを防止するためにプラスチッ
ク容器内面に金属をコーティングしておく必要がある。When plastic is used for the pulse tube, regenerator or connecting pipe and He is used as the working gas, it is necessary to coat the metal on the inner surface of the plastic container in order to prevent gas leakage.
【００５０】図１では、１つの圧縮機に１つの冷却部を
接続した場合を説明したが、１つの圧縮機に複数の冷却
部を接続してもよい。。以上実施例に沿って本発明を説
明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なこと
は当業者に自明であろう。Although FIG. 1 illustrates the case where one cooling unit is connected to one compressor, a plurality of cooling units may be connected to one compressor. . Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto.
For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蓄冷器とパルスチューブを有する冷却機の低温端に結露
が生じにくい条件で、寒冷を発生することができる。こ
の冷却機を結露が生じにくい条件で動作させる場合に
は、パルスチューブの高温端と低温端との温度差が小さ
いため、パルスチューブの材料としてプラスチックを使
用することができる。プラスチックを使用すれば、コス
トの低減を図ることが可能になる。As described above, according to the present invention,
Chilling can be generated under the condition that dew condensation does not easily occur at the low temperature end of the cooler having the regenerator and the pulse tube. When this cooler is operated under conditions where dew condensation is unlikely to occur, the temperature difference between the high temperature end and the low temperature end of the pulse tube is small, so plastic can be used as the material of the pulse tube. If plastic is used, cost can be reduced.
【００５２】蓄冷器とパルスチューブを用いた冷却機
を、結露が生じにくい条件で動作させる場合、前記パル
スチューブの内部空洞内の作動ガスの圧力が０．１〜
０．２ＭＰａになり、パルスチューブの高温端における
作動ガスの最大変位が１０〜５０ｍｍになる条件で動作
させることにより、大きな吸熱量を得ることができる。When the cooler using the regenerator and the pulse tube is operated under the condition that dew condensation is unlikely to occur, the pressure of the working gas in the internal cavity of the pulse tube is 0.1 to 0.1%.
A large amount of heat absorption can be obtained by operating under the conditions of 0.2 MPa and the maximum displacement of the working gas at the high temperature end of the pulse tube being 10 to 50 mm.
【００５３】冷却部が結露しにくい条件で冷却機を動作
させることにより、冷却対象物を結露させることなく効
率的に冷却することが可能になる。By operating the cooler under the condition that dew does not easily condense in the cooling section, it becomes possible to efficiently cool the object to be cooled without dew condensation.
【図１】本発明の実施例による冷却機の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a cooler according to an exemplary embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す冷却機の蓄冷器の温度分布を示すグ
ラフである。FIG. 2 is a graph showing a temperature distribution of a regenerator of the cooler shown in FIG.
【図３】パルスチューブ冷凍機の吸熱量の作動ガス平均
圧力依存性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the dependence of the heat absorption amount of the pulse tube refrigerator on the average pressure of working gas.
【図４】パルスチューブ冷凍機の吸熱量の作動ガス最大
変位依存性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the dependence of the heat absorption amount of the pulse tube refrigerator on the maximum displacement of the working gas.
１ 圧縮機 ２ 冷却部 ３ 連結配管 １０ 外部容器 １１ シリンダ １２ ピストン １３ バネ座 １４ 永久磁石 １５Ａ、１５Ｂ コイルバネ １６ 磁気回路 １７ 圧縮空間 １８ 可動コイル １９ 電源端子 ２０、３７ ガス流路 ３０ 蓄冷器 ３１ パルスチューブ ３２ リザーバタンク ３３ 接続部材 ３４ フランジ ３５ 細管 ３６ 熱伝導部材 ５０ 回路基板 ５１ 半導体素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Cooling part 3 Connection piping 10 External container 11 Cylinder 12 Piston 13 Spring seat 14 Permanent magnet 15A, 15B Coil spring 16 Magnetic circuit 17 Compression space 18 Moving coil 19 Power supply terminal 20, 37 Gas flow path 30 Regenerator 31 Pulse tube 32 reservoir tank 33 connection member 34 flange 35 capillary tube 36 heat conduction member 50 circuit board 51 semiconductor element
Claims (18)
填された蓄冷材とを含み、該内部空間の一端から圧力が
脈動する作動ガスの供給及び回収が行われ、該内部空間
を移動する作動ガスと熱交換を行う蓄冷器と、 内部空洞を有し、該内部空洞の一端が前記蓄冷器の内部
空間の他端に接続されたパルスチューブと、 前記パルスチューブの内部空洞の他端に接続され、作動
ガスを蓄積して前記パルスチューブの内部空洞との間で
作動ガスを輸送するリザーバタンクとを有し、 前記蓄冷器の内部空間のうち蓄冷材が充填された部分の
長さは１０〜２０ｍｍである冷却機。1. A container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and a working gas whose pressure pulsates is supplied and recovered from one end of the internal space to move in the internal space. A regenerator for exchanging heat with working gas, a pulse tube having an internal cavity, one end of which is connected to the other end of the internal space of the regenerator, and the other end of the internal cavity of the pulse tube A reservoir tank that is connected and that stores working gas and transports the working gas to and from the internal cavity of the pulse tube, wherein the length of the portion of the internal space of the regenerator filled with the regenerator material is A chiller that is 10-20 mm.
長さがほぼ等しく、かつ平行配置され、 さらに、 前記蓄冷器の内部空間の前記他端と前記パルスチューブ
の内部空洞の前記一端とを接続し、相互に作動ガスを流
通させる接続部材と、 前記蓄冷器の内部空間の前記一端と前記パルスチューブ
の内部空洞の前記他端とを熱的に接続する支持部材とを
有する請求項１記載の冷却機。2. The regenerator and the pulse tube are
Connection members that connect the other end of the internal space of the regenerator and the one end of the internal cavity of the pulse tube, and that allow working gases to flow through each other, The cooler according to claim 1, further comprising: a support member that thermally connects the one end of the internal space of the regenerator and the other end of the internal cavity of the pulse tube.
し、作動ガスを流通させる連結配管とを有する請求項１
または２記載の冷却機。3. A compressor further comprising a compressor for supplying a working gas whose pressure pulsates, and a connecting pipe for connecting the compressor and the one end of the internal space of the regenerator to allow the working gas to flow therethrough. 1
Or the chiller described in 2.
記蓄冷器の内部空間、前記パルスチューブの内部空洞及
び前記リザーバタンク内に封入された作動ガスを有する
請求項３記載の冷却機。4. The cooler according to claim 3, further comprising a working gas sealed in the compressor, the connecting pipe, the internal space of the regenerator, the internal cavity of the pulse tube, and the reservoir tank.
求項３または４記載の冷却機。5. The cooler according to claim 3, wherein the compressor is an opposed piston type.
力範囲において流路断面積が実質的に変動せず、かつ、
屈曲可能なフレキシブルチューブである請求項３〜５の
いずれかに記載の冷却機。6. The connecting pipe has a flow passage cross-sectional area which does not substantially fluctuate in a pulsating pressure range of a working gas, and
The cooler according to any one of claims 3 to 5, which is a bendable flexible tube.
的に安定なガスである請求項４記載の冷却機。7. The chiller according to claim 4, wherein the working gas is a gas that is chemically stable in an operating state.
びＮ2 からなる群より選択された少なくとも１つのガス
である請求項７記載の冷却機。8. The cooling machine according to claim 7, wherein the working gas is at least one gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2 .
器はプラスチックで形成されている請求項１〜８のいず
れかに記載の冷却機。9. The cooler according to claim 1, wherein the pulse tube and the container of the cooler are made of plastic.
容器は一体成形されている請求項９記載の冷却機。10. The cooler according to claim 9, wherein the pulse tube and the container of the regenerator are integrally formed.
充填された蓄冷材とを含み、該内部空間の一端から圧力
が脈動する作動ガスの供給及び回収が行われ、該内部空
間を移動する作動ガスと熱交換を行う蓄冷器と、 内部空洞を有し、該内部空洞の一端が前記蓄冷器の内部
空間の他端に接続されたプラスチック製のパルスチュー
ブと、 前記パルスチューブの内部空洞の他端に接続され、作動
ガスを蓄積して前記パルスチューブの内部空洞との間で
作動ガスを輸送するリザーバタンクとを有する冷却機。11. A container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and a working gas whose pressure pulsates is supplied and recovered from one end of the internal space to move in the internal space. A regenerator that exchanges heat with the working gas, and a plastic pulse tube having an internal cavity, one end of which is connected to the other end of the internal space of the regenerator, and an internal cavity of the pulse tube. A cooler having a reservoir tank connected to the other end for storing a working gas and transporting the working gas to and from the internal cavity of the pulse tube.
し、作動ガスを流通させる連結配管と、 前記圧縮機、前記連結配管、前記蓄冷器の内部空間、前
記パルスチューブの内部空洞及び前記リザーバタンク内
に封入され、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、及びＮ2 からなる群よ
り選択された少なくとも１つの作動ガスとを有する請求
項１１記載の冷却機。12. A compressor that supplies a working gas whose pressure pulsates, a connecting pipe that connects the compressor and the one end of the internal space of the regenerator, and circulates the working gas, and the compressor. , The connection pipe, the internal space of the regenerator, the internal cavity of the pulse tube, and the reservoir tank, and at least one working gas selected from the group consisting of He, Ne, Ar, and N 2. The cooling machine according to claim 11, which has.
充填された蓄冷材とを含み、該内部空間の一端から圧力
が脈動する作動ガスの供給及び回収が行われ、該内部空
間を移動する作動ガスと熱交換を行う蓄冷器と、 内部空洞を有し、該内部空洞の一端が前記蓄冷器の内部
空間の他端に接続されたパルスチューブと、 前記パルスチューブの内部空洞の他端に接続され、作動
ガスを蓄積して前記パルスチューブの内部空洞との間で
作動ガスを輸送するリザーバタンクと、 圧力が脈動する作動ガスを供給する圧縮機と、 前記圧縮機と前記蓄冷器の内部空間の前記一端とを接続
し、作動ガスを流通させる連結配管と、 前記圧縮機、前記連結配管、前記蓄冷器の内部空間、前
記パルスチューブの内部空洞及び前記リザーバタンク内
に封入され、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ2 からなる群より選択され
た少なくとも１つの作動ガスとを有する冷却機。13. A container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and a supply and recovery of a working gas whose pressure pulsates from one end of the internal space is performed to move the internal gas. A regenerator for exchanging heat with working gas, a pulse tube having an internal cavity, one end of which is connected to the other end of the internal space of the regenerator, and the other end of the internal cavity of the pulse tube A reservoir tank that is connected and that stores working gas and transports the working gas to and from the internal cavity of the pulse tube; a compressor that supplies the working gas whose pressure pulsates; and an inside of the compressor and the regenerator. A connection pipe that connects the one end of the space and circulates a working gas, and is sealed in the compressor, the connection pipe, the internal space of the regenerator, the internal cavity of the pulse tube, and the reservoir tank. Ar, cooler and at least one working gas selected from the group consisting of N 2.
充填された蓄冷材とを含み、該内部空間の一端から圧力
が脈動する作動ガスの供給及び回収が行われ、該内部空
間を移動する作動ガスと熱交換を行う蓄冷器と、 内部空洞を有し、該内部空洞の一端が前記蓄冷器の内部
空間の他端に接続されたパルスチューブと、 前記パルスチューブの内部空洞の他端に接続され、作動
ガスを蓄積して前記パルスチューブの内部空洞との間で
作動ガスを輸送するリザーバタンクとを有する冷却機に
圧力が脈動する作動ガスを供給し、前記パルスチューブ
の内部空洞内の作動ガスを往復移動させて前記パルスチ
ューブの内部空洞の前記一端に寒冷を発生する冷却方法
であって、 前記パルスチューブの内部空洞内の作動ガスの圧力が
０．１〜０．２ＭＰａであり、往復移動する作動ガスの
最大変位が１０〜５０ｍｍである冷却方法。14. A container having an internal space and a regenerator material filled in the internal space, and a working gas whose pressure pulsates is supplied and recovered from one end of the internal space to move in the internal space. A regenerator for exchanging heat with working gas, a pulse tube having an internal cavity, one end of which is connected to the other end of the internal space of the regenerator, and the other end of the internal cavity of the pulse tube A pressure pulsating working gas is supplied to a cooler having a reservoir tank that is connected and that stores the working gas and transports the working gas to and from the inner cavity of the pulse tube. A cooling method for reciprocating a working gas to generate cold at the one end of the inner cavity of the pulse tube, wherein the pressure of the working gas in the inner cavity of the pulse tube is 0.1 to 0.2 MPa. And a maximum displacement of the reciprocating working gas is 10 to 50 mm.
充填された部分の長さは１０〜２０ｍｍである請求項１
４記載の冷却方法。15. The length of the portion of the internal space of the regenerator filled with the regenerator material is 10 to 20 mm.
4. The cooling method according to 4.
容器はプラスチックで形成されている請求項１４または
１５記載の冷却方法。16. The cooling method according to claim 14, wherein the pulse tube and the container of the regenerator are made of plastic.
機と、 前記冷却部と前記半導体素子とを熱的に直接接続する熱
伝導部材とを有する半導体装置。17. A semiconductor device comprising: a semiconductor element; a cooler that produces cold in a cooling section due to adiabatic expansion of a working gas; and a heat conducting member that directly thermally connects the cooling section and the semiconductor element.
れかに記載の冷却機である請求項１７記載の半導体装
置。18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the cooler is the cooler according to any one of claims 1 to 13.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7022783A JPH08219568A (en) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Cooler, operation method thereof and semiconductor device having the cooler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7022783A JPH08219568A (en) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Cooler, operation method thereof and semiconductor device having the cooler |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08219568A true JPH08219568A (en) | 1996-08-30 |
Family
ID=12092280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7022783A Withdrawn JPH08219568A (en) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Cooler, operation method thereof and semiconductor device having the cooler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08219568A (en) |
-
1995
- 1995-02-10 JP JP7022783A patent/JPH08219568A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020507 |