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Diese
Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen HEI 11-275981,
eingereicht am 29. September 1999 (Japanische Offenlegungsschrift
JP-A-2001-99 058) und 2000-73030, eingereicht am 15. März 2000
(Japanische Offenlegungsschrift JP-A-2001-165517), deren gesamter
Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen sei.
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Hintergrund der Erfindung
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a) Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Pulsrohrkühler und
insbesondere auf einen Pulsrohrkühler
mit verbesserten Gehäusestrukturen für Regenerationsmaterial
oder ähnliches.
Der Pulsrohrkühler
wird bei präzisen
physikalischen und chemischen Vorrichtungen verwendet, wie beispielsweise
bei einem NMR und einem Elektronenmikroskop.
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b) Beschreibung der verwandten Technik
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Kühlschränke für ultraniedrige
Temperaturen, wie beispielsweise Pulsrohrkühlschränke, werden weithin verwendet,
um eine Umgebung mit niedrigerer Temperatur für präzise physikalische und chemische
Vorrichtungen aufrechtzuerhalten, wie beispielsweise für ein NMR
und ein Elektronenmikroskop.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil eines herkömmlichen
Pulsrohrkühlers 1 zeigt.
Der Pulsrohrkühler 1 weist
folgendes auf: einen Kompressor 2; eine Ventileinheit 3 zum
Umschalten zwischen hohen und niedrigen Drücken; einen Hochtemperaturendblock 4;
einen Niedertemperaturendblock (Kühlendblock)5; einen
Regenerator 6; ein Pulsrohr 7; einen Flußgleichrichter 8 an
einem Regeneratorniedertemperaturende; einen Flußgleichrichter 9 an
einem Pulsrohrniedertemperaturende; und einen Flußgleichrichter 10 an
einem Pulsrohrhochtemperaturende.
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Der
Hochtemperaturendblock 4 hat einen Arbeitsgasversorgungsanschluß 11 und
einen Arbeitsgasumkehranschluß 12.
Das Arbeitsgas oder Strömungsmittel,
wie beispielsweise Heliumgas wird pulsierend von einem Arbeitsgasversorgungsanschluß 11 geliefert,
und zwar über
das innere eines Versorgungsanschlussraumes 13 und zum
Regenerator 6. Ein Puffertank 15 ist mit dem Arbeitsgasumkehranschluß 12 gekoppelt.
Eine Zumessöffnung 14 ist
in dem Arbeitsgasumkehranschluß 12 vorgesehen.
Der Hochtemperaturendblock 4 ist an einem Montageflansch 16 mit
Montagebolzen bzw. -schrauben 17 montiert.
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Der
Regenerator 6 besteht aus einem Regeneratorgehäuse 18,
welches zwischen dem Hochtemperaturblock 4 (Montageflansch 16)
und dem Niedertemperaturendblock 5 angeordnet ist, und
aus einem Regenerationsmaterial 19, welches in dem Regeneratorgehäuse 18 aufgenommen
ist. Als das Regenerationsmaterial 19 wird Kupfermaterial,
rostfreies Stahlmaterial, Metallfasern oder Pressmetall bzw. Pulvermetall
verwendet. Das Regenerationsmaterial 19 wird in das Regeneratorgehäuse 18 mit
einer vorbestimmten Dichte eingefüllt. Während das Arbeitsgas durch
das Innere des Regenerators 6 läuft, wird eine Regeneration
zwischen dem Arbeitsgas und dem Regenerationsmaterial 19 ausgeführt, um das
Regenerationsmaterial 19 zu kühlen.
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Der
Niedertemperaturendblock 5 ist so angeordnet, daß er zum
Hochtemperaturendblock 4 in einer vorbestimmten Distanz
weist. Der Regenerator 6 und das Pulsrohr 7 sind
im allgemeinen parallel zwischen dem Niedertemperaturendblock 5 und
dem Hochtemperaturendblock 4 angeordnet. Ein Wandlerraum 20 ist
in dem Niedertemperaturendblock 5 ausgebildet, um das Niedertemperaturende eines
Gasdurchlasses im Regenerator 6 mit dem Niedertemperaturende
des Gasdurchlasses im Pulsrohr 7 zu verbinden. In dem Wandlerraum 20 ist
der Flußgleichrichter 8 am
Regeneratorniedertemperaturende in einem Raum 21 auf der
Seite des Regenerators 6 angeordnet, und der Flußgleichrichter 9 an dem
Pulsrohrniedertemperaturende ist in einem Raum 22 auf der
Seite des Pulsrohrs 7 angeordnet.
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Der
Flußgleichrichter 8 an
der Regeneratorniedertemperaturseite ist aus einem Flußgleichrichtungsmaterial 23 gemacht
(erstes Flußgleichrichtungsmaterial)
und zwar eingefüllt
in den Raum 21. Der Flußgleichrichter 9 auf
der Pulsrohrniedertemperaturseite ist aus Flußgleichrichtungsmaterial 24 gemacht
(zweites Flußgleichrichtungsmaterial)
und zwar eingefüllt
in den Raum 22.
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Das
Hochtemperaturende des Pulsrohrs 7 steht in Verbindung
mit dem Arbeitsgasumkehranschluß 12 über den
Flußgleichrichter 10 am
Pulsrohrhochtemperaturende.
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Der
Flußgleichrichter 10 am
Pulsrohrhochtemperaturende ist aus Flußgleichrichtungsmaterial 26 gemacht
(drittes Flußgleichrichtungsmaterial)
welches in einen Raum 25 eingefüllt ist, der in dem Hochtemperaturendblock 4 ausgebildet
ist.
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Die
Flußgleichrichtungsmaterialien 23, 24 und 26 sind
beispielsweise Metallgitter oder Preß- oder Pulvermetalle.
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Das
Arbeitsgas wird pulsierend in den Regenerator 6 über den
Arbeitsgasversorgungsanschluß 11 und
den Versorgungsanschlussraum 13 geliefert. Dieses Arbeitsgas
wird auch in das Pulsrohr 7 über den Flußgleichrichter 8,
den Wandlerraum 20 und den Flußgleichrichter 9 geliefert.
Der Druck und das Volumen des Arbeitsgases in dem Pulsrohr 7 werden verändert. Die
Flußgleichrichter 9 und 10 richten
den Arbeitsgasfluß im
Pulsrohr 7 gleich. Die Phasen der Druckveränderung
und der Volumenveränderung werden
von der Zumessöffnung 14 und
dem Puffertank 15 gesteuert. Wärme wird in dem Niedertemperaturendblock 5 absorbiert.
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In
dem herkömmlichen
Pulsrohrkühler 1 wird das
Regenerationsmaterial 19 direkt in das Regeneratorgehäuse 18 gefüllt. In ähnlicher
Weise wird das Flußgleichrichtungsmaterial 23 direkt
in den Regeneratorseitenraum 21 gefüllt, das Flußgleichrichtungsmaterial 24 wird
direkt in die Pulsrohrseitenräume 22 gefüllt, und
das Flußgleichrichtungsmaterial 26 wird direkt
in den Zumessöffnungsseitenraum 25 gefüllt.
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Während des
Betriebs des Pulsrohrskühlers 1 kann
das Regenerationsmaterial 19 oder das Flußgleichrichtungsmaterial 23, 24 oder 26 mit
Verunreinigungen verschmutzt bzw. verstopft sein, wenn Unreinheiten,
wie Wassergehalt und andere Strömungsmittel
verfestigt werden. In einem solchen Fall kann die Kühlleistung
verringert werden. Um die ursprüngliche
Kühlleistung
wiederzugewinnen, wird die Temperatur der verstopften Gebiete angehoben,
um verfestigte Strömungsmittel
bzw. Flüssigkeitsgehalte
zu entfernen.
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Wenn
jedoch die Verunreinigungen Öl
oder ähnliches
sind, welches vom Kompressor 2 geflossen ist, sind diese
Unreinheiten schwierig durch Anheben der Temperatur der verstopften
Gebiete zu entfernen. In diesem Fall ist es nötig, das Regenerationsmaterial 19 oder
das Flußgleich richtungsmaterial 23, 24 oder 26 durch
ein neues zu ersetzen.
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Um
das Regenerationsmaterial 19 oder das Flußgleichrichtungsmaterial 23, 24 oder 26 zu
ersetzen, ist es nötig,
den Betrieb einer präzisen
physikalischen oder chemischen Vorrichtung (Kühlobjekt) zu stoppen, die mit
dem Pulsrohrkühler 1 gekühlt wird, und
die Temperatur davon anzuheben. Dieser Betriebsstop und die Temperaturanhebung
senken einen Laufwirkungsgrad der Vorrichtung. Zusätzlich ist der
Kühlvorgang
nach einer Ersetzung des Materials wiederum erforderlich, was große Kosten
und Arbeit zur Folge hat, und eine lange Arbeitszeit.
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Da
weiterhin das Regenerationsmaterial 19 und die Flußgleichrichtungsmaterialien 23, 24 und 26 direkt
in die Räume
eingefüllt
werden, ist eine Ersetzungsarbeit selbst weder einfach noch effizient.
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Eine
weitere Bauart eines herkömmlichen Pulsrohrkühlers hat
eine Struktur, so daß ein
(nicht gezeigter) Flußgleichrichter
zur Verbindung des Arbeitsgasversorgungsanschlusses 11 mit
dem Hochtemperaturende des Regenerators 6 durch direktes Einfüllen des
Flußgleichrichtungsmaterials
(viertes Flußgleichrichtungsmaterial)
in den Versorgungsanschlussraum 13 des Hochtemperaturendblockes 4 vorgesehen
wird. Auch bei diesem Pulsrohrkühler
mit einer derartigen Struktur ist ein Ersatzvorgang für das Flußgleichrichtungsmaterial
nicht einfach, und der Instandhaltungswirkungsgrad wird gesenkt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Pulsrohrkühler vorzusehen,
der eine Instandhaltung im Kalten ohne einen Betriebsstop und einen Temperaturanstieg
einer präzisen
physikalischen oder chemischen Vorrichtung erreichen kann, und zwar
unter Verwendungen eines Kartuschenregenerators und von Kartuschenflußgleichrichtern,
die einfach ersetzt werden können.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Pulsrohrskühler vorzusehen,
der leicht ein verstopftes Regenerationsmaterial oder Flußgleichrichtungsmaterial
ersetzen kann.
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Gemäß eines
Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Pulsrohrkühler vorgesehen,
der folgendes aufweist: ein erstes Pulsrohr mit einem Hochtemperaturende
und einem Niedertemperaturende und mit einem Innenraum; ein erstes
Regeneratorgehäuse
von rohrförmiger
Bauart, wobei ein Hochtemperaturende und ein Niedertemperaturende
an beiden Seiten angeordnet sind; einen ersten Regenerator, der
ein erstes Kartuschengehäuse
aufweist, und ein erstes Regenerationsmaterial, welches in das erste
Kartuschengehäuse
gefüllt
wird, wobei das erste Kartuschengehäuse entfernbar in das erste
Regeneratorgehäuse
eingeführt
wird; einen ersten Durchlaß,
der einem Raum in dem ersten Regeneratorgehäuse auf einer Niedertemperaturendseite,
wobei in das erste Regeneratorgehäuse der erste Regenerator eingeführt wird,
mit einem Raum in dem ersten Pulsrohr auf einer Niedertemperaturendseite
verbindet; eine Gasversorgungseinheit zur wiederholenden Bereitstellung
und Rückleitung
eines Arbeitsgases; und einen zweiten Durchlaß zur Koppelung der Gasversorgungseinheit
mit einem Raum in dem ersten Regeneratorgehäuse auf einer Hochtemperaturendseite,
wobei in das erste Regeneratorgehäuse der erste Regenerator eingeführt wird.
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Da
der erste Regenerator entfernbar montiert werden kann, kann das
erste Regenerationsmaterial leicht ausgetauscht werden, wenn das
erste Regenerationsmaterial verstopft wird.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Instandhaltungsverfahren für einen
Pulsrohrkühler
vorgesehen, und zwar mit folgenden Teilen: einem Pulsrohr mit einem
Hochtemperaturende und einem Niedertemperaturende und mit einem
Innenraum; mit einem Regeneratorgehäuse von rohrförmiger Bauart,
wobei ein Hochtemperaturende und ein Niedertemperaturende an beiden
Enden davon definiert ist; mit einem Regenerator, der ein Kartuschengehäuse aufweist
und wobei ein Regenerationsmaterial in das Kartuschengehäuse eingefüllt wird,
wobei das Kartuschengehäuse entfernbar
in das Regeneratorgehäuse
eingeführt wird;
einen ersten Durchlaß,
der einen Raum in dem Regeneratorgehäuse auf einer Niedertemperaturendseite,
wobei in dieses Gehäuse
der Regenerator eingeführt
wird, mit einem Raum in dem Pulsrohr auf einer Niedertemperaturendseite
verbindet; mit einer Gasversorgungseinheit zur wiederholenden Bereitstellung
und Rückleitung
eines Arbeitsgases; und mit einem zweiten Pfad zur Koppelung der
Gasversorgungseinheit mit einem Raum in dem Regeneratorgehäuse auf
einer Hochtemperaturendseite, wobei in das Gehäuse der Regenerator eingeführt wird,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Stoppen eines Betriebes
des Pulsrohrkühlers;
Bedecken des Hochtemperaturendes des Regeneratorgehäuses mit
einem Handschuhkasten, um zu verhindern, daß atmosphärische Luft in den Raum in
dem Regeneratorgehäuse
eintritt, auch wenn die Hochtemperaturseite des Regeneratorgehäuses geöffnet wird,
und Vorbereitung eines neuen Regenerators in dem Handschuhkasten;
Herausziehen des Regenerators aus dem Regeneratorgehäuse; und
Einführen
des neuen Regenerators in das Regeneratorgehäuse.
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Da
das Hochtemperaturende des Regeneratorgehäuses mit einem Handschuhkasten
bedeckt wird, auch wenn der Regenerator auseinandergebaut wird,
wird keine atmosphärische
Luft ins Innere des Regeneratorgehäuses eintreten. Daher kann
der Regenerator durch einen neuen ersetzt werden ohne die Temperatur
am Niedertemperaturende anzuheben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil eines Pulsrohrkühlers gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil des Pulsrohrskühlers während der
Instandhaltung zeigt, und zwar gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil eines Pulsrohrkühlers gemäß eines
zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung zeigt.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, welches einen seriellen Pulsrohrkühler gemäß einer
Modifikation des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung
zeigt.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil eines zweistufigen Pulsrohrkühlers gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung zeigt.
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6 ist
ein schematisches Diagramm, welches einen Zwei-Stufen-Pulsohrkühler gemäß einer Modifikation
des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung zeigt.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil eines herkömmlichen
Pulsrohrkühlers zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 wird ein Pulsrohrkühler gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung beschrieben. In den 1 und 2 werden
identische Bezugszeichen verwendet, um die Aufbauelemente des Pulsrohrkühlers des
ersten Ausführungsbeispiels
darzustellen, und zwar entsprechend jenen des herkömmlichen
Pulsrohrkühlers,
der in 7 gezeigt ist, und die detaillierte Beschreibung
davon wird weggelassen.
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1 eine
Querschnittsansicht, die den Hauptteil des Pulsrohkühlers 30 des
ersten Ausführungsbeispiels
zeigt. Anstelle des Regenerators 6 und der Flußgleichrichter 8, 9 und 10 des
herkömmlichen
Pulsrohrkühlers 1,
der in 7 gezeigt ist, hat der Pulsrohrkühler 30 dieses
Ausführungsbeispiels einen
Kartuschenregenerator 31 und Kartuschenflußgleichrichter 32, 33 und 34.
Die anderen Strukturen sind die gleichen, wie jene des herkömmlichen Pulsrohrkühlers 1,
der in 1 gezeigt ist.
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Der
Kartuschenregenerator 31 besteht aus einem Regeneratorgehäuse 18,
einem Kartuschengehäuse 35 und
einem Regenerationsmaterial 19. Das Regeneratorgehäuse 18 ist
aus einem rohrförmigen
Glied gemacht, in das das rohrförmige
Kartuschengehäuse 35 eingeführt wird.
Das Regenerationsmaterial 19 wird in das Kartuschengehäuse 35 gefüllt.
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Ein
O-Ring 36 ist zwischen dem Kartuschengehäuse 35 und
dem Hochtemperaturendblock 4 angeordnet. Ein weiterer Ring 37 ist
nahe am Hochtemperaturende zwischen dem Rege neratorgehäuse 18 und
dem Kartuschengehäuse 35 angeordnet.
Die O-Ringe 36 und 37 verhindern, daß das Arbeitsgas
in einen Spalt zwischen dem Regeneratorgehäuse 18 und dem Kartuschengehäuse 35 eintritt.
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Das
Kartuschengehäuse 35 ist
aus Bakelit oder anderen Plastikmaterialien gemacht oder aus rostfreiem
Stahlmaterial mit niedriger thermischer Leitfähigkeit. Eine Temperaturdifferenz
kann daher leicht zwischen den entgegengesetzten Enden des Kartuschengehäuses 35 auf
der Seite des Hochtemperaturendblockes 4 und der Seite
des Niedertemperaturendblockes 5 gebildet werden.
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Der
Kartuschenflußgleichrichter 32 weist
ein Kartuschengehäuse 38 und
ein Flußgleichrichtungsmaterial 23 auf,
welches in das Kartuschengehäuse 38 eingefüllt ist.
Das Kartuschengehäuse 38 ist
in einem Regeneratorseitenraum 21 montiert. Das Kartuschengehäuse 38 kann über den
Raum in dem Regeneratorgehäuse 18 montiert
oder demontiert werden.
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Das
Kartuschengehäuse 35 des
Kartuschenregenerators 31 und des Kartuschengehäuses 38 des
Kartuschenflußgleichrichters 32 können gleichzeitig
geformt werden.
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Der
Kartuschenflußgleichrichter 33 weist
ein Kartuschengehäuse 39 und
ein Flußgleichrichtungsmaterial 24 auf,
welches in das Kartuschengehäuse 39 gefüllt ist.
Das Kartuschengehäuse 39 ist
in einem Pulsrohrseitenraum 22 montiert. Das Kartuschengehäuse 39 kann über den
Raum in dem Pulsrohr 7 montiert oder demontiert werden.
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Der
Kartuschenflußgleichrichter 34 weist
ein Kartuschengehäuse 40 und
ein Flußgleichrichtungsmaterial 26 auf,
welches in dem Kartuschenraum 40 gefüllt wird. Das Kartu schengehäuse 40 ist
entfernbar in einem Raum 25 montiert, der den Raum in dem Pulsrohr 7 mit
einem Arbeitsgasumkehranschluß 12 verbindet.
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Die
Kartuschengehäuse 38, 39 und 40 sind aus
Kupfer oder einem anderen Metallmaterial mit hoher thermischer Leitfähigkeit
gemacht.
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Ein
O-Ring 41 ist zwischen dem Pulsrohr 7 und dem
Hochtemperaturendblock 4 angeordnet. Ein weiterer O-Ring 42 ist
zwischen dem Kartuschengehäuse 40 und
der Innenwand des Raums 25 angeordnet. Die O-Ringe 41 und 42 verhindern,
daß das Arbeitsgas
in einen Spalt zwischen dem Kartuschengehäuse 40 und der Innenwand
des Raums 25 eintritt.
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In
dem Pulsrohrkühler 30,
der in 1 gezeigt ist, kann das Regeneratorsmaterial 19 leicht durch
Demontieren des Kartuschengehäuses 35 ausgetauscht
werden. Die Regenerationsmaterialien 23, 24 und 26 können leicht
durch Demontage der Kartuschengehäuse 38 bzw. 39 bzw. 40 ausgetauscht
werden.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil des Pulsrohrkühlers während der
Instandhaltung zeigt. Der Hochtemperaturseitenblock 4 des Pulsrohrkühlers 30 wird
mit einem Handschuhkasten 44 bedeckt, um zu verhindern,
daß Luft
in die Niedertemperaturseite fließt, wenn der Hochtemperaturseitenblock 4 von
einer präzisen
physikalischen und chemischen Vorrichtung 43 heruntergebaut
wird.
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Während der
Instandhaltung im Kalten des Pulsohrkühlers 30 wird der
Betrieb des Pulsrohrkühlers 30 gestoppt,
und zwar ohne einen Betriebsstop und einen Temperaturanstieg der
präzisen
physikalischen und chemischen Vorrichtung 43. Montagebolzen
bzw. – schrauben 17 werden
gelöst
und entfernt, und der Hochtemperaturendblock 4 wird von
dem Flansch 16 abgebaut, wobei diese Arbeiten in dem Handschuhkasten 44 ausgeführt werden.
Durch Verwendung einer (nicht gezeigten) Schablone und der Handschuhe 45 wird
das Kartuschengehäuse 35 des Kartuschenregenerators 31 zusammen
mit dem Regenerationsmaterial 19 aus dem Regeneratorsgehäuse 18 gezogen.
Ein neues Kartuschengehäuse mit
einem zuvor in dem Handschuhkasten 44 vorbereiteten Regenerationsmaterial
wird in das Regeneratorgehäuse 18 eingeführt.
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In ähnlicher
Weise können
die Kartuschenflußgleichrichter 32, 33 und 40 mit
neuen Kartuschengleichrichtern ersetzt werden, die zuvor vorbereitet
wurden.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil eines Pulsrohrkühlers 50 gemäß eines zweiten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung zeigt. Der Pulsrohrkühler 50 des zweiten
Ausführungsbeispiels
hat einen zusätzlichen
Kartuschenflußgleichrichter 51 zusätzlich zu
der Struktur des Pulsrohrkühlers 30 des
in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels.
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Der
Kartuschenflußgleichrichter 51 ist
entfernbar in einem Raum 13 angeordnet, der den Arbeitsgasanschluß 11 mit
dem Hochtemperaturende des Kartuschenregenerators 31 verbindet.
In ähnlicher
Weise wie beim Kartuschenflußgleichrichter 32 und
so weiter weist der Kartuschenflußgleichrichter 51 ein
Kartuschengehäuse 52 und
ein Flußgleichrichtungsmaterial 53 auf.
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Das
Kartuschengehäuse 52 ist
aus Kupfer oder einem anderen Metallmaterial mit hoher thermischer
Leitfähigkeit
hergestellt.
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Das
Flußgleichrichtungsmaterial 53 ist
aus Metallgittern oder Preß-
bzw. Pulvermetall hergestellt, und in das Kartuschengehäuse 52 mit
einer vorbestimmten Dichte eingefüllt.
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Bei
dem Pulsrohrkühler 50 des
zweiten Ausführungsbeispiels
kann der Kartuschenflußgleichrichter 51 ausgetauscht
werden, ohne die Temperatur auf der Niedertemperaturseite anzuheben,
und zwar ähnlich
wie bei den Kartuschenflußgleichrichtern 32, 33 und 34 des
Pulsrohrkühlers 30 des
ersten Ausführungsbeispiels.
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Wenn
der Kartuschenflußgleichrichter 51 und
der Kartuschenregenerator 31 gleichzeitig geformt werden,
können
diese leichter herausgezogen werden. Wenn der Kartuschenflußgleichrichter 51, der
Kartuschenregenerator 31 und der Kartuschenflußgleichrichter 32 gleichzeitig
geformt werden, können
diese leichter herausgezogen werden.
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In
den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen
werden der Regenerator und das Pulsrohr im allgemeinen parallel
zwischen dem Hochtemperaturendblock 4 und dem Niedertemperaturendblock 5 angeordnet.
Ein Hochtemperaturendblock, ein Regenerator, ein Niedertemperaturendblock,
ein Pulsrohr und ein weiterer Hochtemperaturendblock können in dieser
Reihenfolge linear angeordnet werden.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, welches einen Pulsrohrkühler 60 zeigt,
dessen Bestandteile von einem Hochtemperaturendblock bis zu einem
weiteren Hochtemperaturendblock linear angeordnet sind. Der Pulsrohrkühler 60 hat
einen Hochtemperaturendblock 61, einen Kartuschenregenerator 31,
einen Niedertemperaturendblock 63, ein Pulsrohr 7 und
einen zweiten Hochtemperaturendblock 62, die jeweils linear
in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Ein Kompressor 2 ist
mit dem Hochtemperaturendblock 61 über eine Druckwechselventileinheit 3 gekoppelt.
Ein Puffertank 15 ist mit dem Hochtemperaturendblock 62 über eine
Zumessöffnung 14 gekoppelt.
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Flußgleichrichter,
die den Kartuschenflußgleichrichtern 32, 33, 34 und 51 ähnlich sind,
die in 3 gezeigt sind, sind an entsprechenden Positionen
des in 4 gezeigten Pulsrohrkühlers angeordnet. Da auch bei
dem in 4 gezeigten Pulsrohrkühler der Regenerator und die
Flußgleichrichter
von der Kartuschenbauart sind, kann ein Austausch von diesen leicht
ausgeführt
werden.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf 5 ein Pulsrohrkühler gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil eines zweistufigen Pulsrohrkühlers 70 des dritten
Ausführungsbeispiels
zeigt. Ähnlich
wie bei dem in 3 gezeigten Pulsrohrkühler 50 hat
der Pulsrohrkühler
einen Arbeitsgasversorgungsanschluß 11 und einen Arbeitsgasumkehranschluß 12, der
an einem Hochtemperaturseitenblock 4 ausgebildet ist; eine
Zumessöffnung 14;
einen Puffertank 15; einen Kartuschenregenerator 31;
und Kartuschenflußgleichrichter 33, 34 und 51.
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Der
Pulsrohrkühler 70 hat
auch: einen Kartuschenregenerator 71 der zweiten Stufe;
ein Pulsrohr 72 der zweiten Stufe; Kartuschenflußgleichrichter 73 und 74;
einen Arbeitsgasumkehranschluß 75 der zweiten
Stufe; eine Zumessöffnung 76 der
zweiten Stufe; und einen Puffertank 77 der zweiten Stufe.
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Ein
Zwischenblock 78 ist an dem Niedertemperaturende des Kartuschenregenerators 31 montiert.
Ein Wandlerraum wird in dem Zwischenblock 78 ausgebildet.
Der Wandlerraum 20 verbindet das Niedertemperaturende des
Kartuschenregenerators 31 mit dem Niedertemperaturende
des Pulsrohrs 7. Ein Niedertemperaturendblock 79 ist
am Niedertemperaturende des Kartuschenregenerators 71 der
zweiten Stufe montiert. Ein Wandlerraum 86 ist in dem Niedertemperaturendblock 79 ausgebildet.
Der Wandlerraum 86 verbindet das Niedertemperaturende des Kartuschenregenerators 71 der
zweiten Stufe mit dem Niedertemperaturende des Pulsrohrs 72 der zweiten
Stufe. Das Hochtemperaturende des Pulsrohrs 72 der zweiten
Stufe ist mit dem Puffertank 77 der zweiten Stufe über die
Zumessöffnung 76 der zweiten
Stufe und dem Arbeitsgasumkehranschluß 75 der zweiten Stufe
gekoppelt.
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Das
Hochtemperaturende des Kartuschenregenerators 71 der zweiten
Stufe steht in Verbindung mit dem Wandlerraum 20 auf der
Seite des Regenerators 31 über einem Wandlerdurchlaß 80.
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Das
Flußgleichrichtungsmaterial 23 wird
in den Raum des Wandlerraumes 20 auf der Seite des Regenerators 31 gefüllt. Das
Flußgleichrichtungsmaterial 23 wird
in das Kartuschengehäuse 35 des
Kartuschenregenerators 31 gefüllt, und wird zusammen mit
dem Regenerator 31 herausgezogen.
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Der
Kartuschenregenerator 71 der zweiten Stufe besteht aus
einem Regeneratorgehäuse 81,
einem Kartuschengehäuse 82 und
einem Regenerationsmaterial 83. Das Regeneratorgehäuse 81 ist
mit der Niedertemperaturseite des Regeneratorgehäuses 18 gekoppelt.
Das Kartuschengehäuse 82 und das
Regenerationsmaterial 83 können über den Raum in dem Generatorgehäuse 18 herausgezogen werden.
Ein Flußgleichrichtungsmaterial 84 wird
in den Regenerator 71 auf der Hochtemperaturseite des Regenerationsmaterials 83 gefüllt, und
ein Flußgleichrichtungsmaterial 85 wird
in den Regenerator 81 auf der Niedertemperaturseite des
Regenerationsmaterials 83 gefüllt. Die Flußgleichrichtungsmaterialien 84 und 85 werden
zusammen mit dem Kartuschengehäuse 82 und
dem Regenerator 83 herausgezogen.
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Das
Pulsrohr 72 der zweiten Stufe hat eine gleiche Länge wie
die Gesamtlänge
des Kartuschenregenerators 31 und der Kartuschenregenerator 71 der
zweiten Stufe. Das Niedertemperaturende des Pulsrohrs 72 der
zweiten Stufe ist an dem Niedertemperaturendblock 79 montiert,
und das Hochtemperaturende davon ist an dem Hochtemperaturendblock 4 montiert.
Der Kartuschenregenerator 73 ist in einem Raum 87 des
Wandlerraums 86 auf der Seite des Pulsrohrs 72 der
zweiten Stufe montiert. Der Kartuschenflußgleichrichter 74 ist
in einem Raum 90 zwischen dem Hochtemperaturende des Pulsrohrs 72 der
zweiten Stufe und der Zumeßöffnung 76 der zweiten
Stufe montiert.
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Der
Kartuschenflußgleichrichter 73 hat
ein Kartuschengehäuse 88 und
ein Flußgleichrichtungsmaterial 89,
das in das Gehäuse 88 gefüllt ist.
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Der
Kartuschenflußgleichrichter 74 hat
ein Kartuschengehäuse 91 und
ein Flußgleichrichtungsmaterial 92,
welches in das Gehäuse 91 gefüllt ist.
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Ein
O-Ring 93 wird zwischen dem Kartuschengehäuse 91 und
der Innenwand des Raums 90 angeordnet. Der O-Ring 93 verhindert,
daß das
Arbeitsgas in einen Spalt zwischen der Innenwand des Raums 90 und
dem Kartuschengehäuse 91 eintritt.
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Wenn
der Pulsrohrkühler 70 der
zweiten Stufe arbeitet, verzweigt sich das Arbeitsgas am Niedertemperaturende
des Kartuschenregenerators 31 und wird in das Pulsrohr 7 und
in den Kartuschenregenerator 71 der zweiten Stufe geliefert.
Das Arbeitsgas, welches in den Kartuschenregenerator 71 der
zweiten Stufe geliefert wird, wird in das Pulsrohr 72 der zweiten
Stufe über
den Wandlerraum 86 geliefert. Durch Wiederholung einer
Lieferung und einer Wiedergewinnung des Arbeitsgases wird Wärme in dem Zwischenblock 78 und
dem Niedertemperaturendblock 79 absorbiert.
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Bei
dem Pulsrohrkühler
des dritten Ausführungsbeispiels
kann das Material leicht durch neues ersetzt werden, wenn das Regenerationsmaterial oder
das Flußgleichrichtungsmaterial
des Kartuschenregenerators 31, 71 oder der Kartuschenflußgleichrichter 51, 33, 34, 73, 74 verstopft
wird.
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6 ist
ein schematisches Diagramm, welches einen zweistufigen Pulsrohrkühler 10 gemäß einer
Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
Der Pulsrohrkühler 100 hat
einen Kompressor 2; eine Druckumschaltventileinheit 3;
eine adiabate Vakuumkammer 101; ein Wärmeschild 102; einen Pulsrohrkühler 103 der
ersten Stufe und einen Pulsrohrkühler 104 der
zweiten Stufe.
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Die
Strukturen der Pulsrohrkühler 103 und 104 der
ersten und zweiten Stufe sind ähnlich
wie bei dem in 1 gezeigten Pulsrohrkühler 30 oder
dem in 3 gezeigten Pulsrohrkühler 50. Der Pulsrohrkühler 103 der
ersten Stufe besteht nämlichen
aus einem Kartuschenregenerator 31, einem Pulsrohr 7,
einem Puffertank 15, einem Hochtemperaturendblock 4 und
einem Niedertemperaturendblock 5. Der Hochtemperaturendblock 4 ist
an der adiabaten Vakuumkam mer 101 montiert, und der Niedertemperaturendblock 5 ist
in thermischem Kontakt mit dem Wärmeschild 102.
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Der
Pulsrohrkühler 104 der
zweiten Stufe besteht aus einem Kartuschenregenerator 106,
einem Pulsrohr 105, einem Puffertank 77, einem
Hochtemperaturendblock 107 und einem Niedertemperaturendblock 108.
Der Hochtemperaturendblock 107 ist an der adiabaten Vakuumkammer 101 montiert.
Der Niedertemperaturendblock 108 wird thermisch nach außen durch
das Wärmeschild 102 abgeschirmt.
Ein Kühlobjekt 109,
wie beispielsweise eine präzise
physikalische und chemische Vorrichtung ist in thermischem Kontakt
mit dem Niedertemperaturendblock 108. Die Mittelflächen des
Kartuschenregenerators 106 und des Pulsrohrs 105 sind
auch in thermischem Kontakt mit dem Wärmeschild 102.
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Wie
in den 1 und 3 gezeigt, sind in den Hochtemperaturendblöcken 4 und 107 die
Kartuschenflußgleichrichter 51 und 34 wie
in 1 gezeigt angeordnet. Die Kartuschenflußgleichrichter 32 und 33 sind
auch in den Niedertemperaturendblöcken 5 bzw. 108 angeordnet.
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Wie
auch bei dem in 6 gezeigten zweistufigen Pulsrohrkühler 100 kann
eine Austauscharbeit für
den Kartuschenregenerator 31 oder 106 oder den
Flußgleichrichter
leicht ausgeführt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben worden. Die Erfindung ist nicht nur auf die obigen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Es ist offensichtlich, daß verschiedene
Modifikationen, Verbesserungen, Kombinationen und ähnliches
vom Fachmann vorgenommen werden können.