JP2000046426A - パルス管冷凍機の昇温方法 - Google Patents
パルス管冷凍機の昇温方法Info
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
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- F25B2309/14241—Pulse tubes with basic schematic including an orifice reservoir multiple inlet pulse tube
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- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】昇温時間が短く、しかも外部からの付加的なエ
ネルギーを必要とせず、リークや故障の危険がないＧＭ
型パルス管冷凍機の昇温方法を提供する。 【解決手段】圧縮機１と、パルス管４と、圧縮機吐出口
とパルス管低温端とを連通する導管８に配設される高圧
弁７と、圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する導
管６に配設される低圧弁５を備えたＧＭ型パルス管冷凍
機の昇温方法である。そして、高圧弁７を閉じ、かつ低
圧弁５を開けた状態で圧縮機１を運転し、圧縮機吐出口
から吐出した作動ガスをパルス管高温口に導入してパル
ス管４内を通しパルス管低温端を経由したのち、低圧弁
５を介して圧縮機吸入口に戻すようにしている。
ネルギーを必要とせず、リークや故障の危険がないＧＭ
型パルス管冷凍機の昇温方法を提供する。 【解決手段】圧縮機１と、パルス管４と、圧縮機吐出口
とパルス管低温端とを連通する導管８に配設される高圧
弁７と、圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する導
管６に配設される低圧弁５を備えたＧＭ型パルス管冷凍
機の昇温方法である。そして、高圧弁７を閉じ、かつ低
圧弁５を開けた状態で圧縮機１を運転し、圧縮機吐出口
から吐出した作動ガスをパルス管高温口に導入してパル
ス管４内を通しパルス管低温端を経由したのち、低圧弁
５を介して圧縮機吸入口に戻すようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス管冷凍機の
昇温方法に関するものである。
昇温方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、パルス管冷凍機の利用が研究・開
発されている機器の１つに、クライオポンプがある。こ
のクライオポンプは、冷凍機のコールドヘッド（冷端
部）に取り付けた吸着パネルに気体分子を吸着させて高
真空を実現するものである。このようなクライオポンプ
では、吸着パネルに一定量以上の気体分子が吸着して気
体分子の層が厚くなると性能が劣化するため、吸着パネ
ルを昇温してこの吸着パネルに吸着した気体分子を外部
に放出する必要がある。また、この間は、吸着パネルに
気体分子を吸着できないため、昇温時間を短縮すること
によりクライオポンプの実運転時間を長くすることが図
られている。
発されている機器の１つに、クライオポンプがある。こ
のクライオポンプは、冷凍機のコールドヘッド（冷端
部）に取り付けた吸着パネルに気体分子を吸着させて高
真空を実現するものである。このようなクライオポンプ
では、吸着パネルに一定量以上の気体分子が吸着して気
体分子の層が厚くなると性能が劣化するため、吸着パネ
ルを昇温してこの吸着パネルに吸着した気体分子を外部
に放出する必要がある。また、この間は、吸着パネルに
気体分子を吸着できないため、昇温時間を短縮すること
によりクライオポンプの実運転時間を長くすることが図
られている。
【０００３】通常、吸着パネルの昇温は、冷凍機の運転
を止め、構造体の自然な熱伝導，放射（自然昇温）によ
り行われている。また、ヒーターをコールドヘッド等に
取り付けて電気的なエネルギーを供給することによって
も行われている。
を止め、構造体の自然な熱伝導，放射（自然昇温）によ
り行われている。また、ヒーターをコールドヘッド等に
取り付けて電気的なエネルギーを供給することによって
も行われている。
【０００４】ところが、自然昇温の場合には、昇温に時
間がかかるという問題がある。その理由は、冷凍機とし
ての損失を少なくするために、構成部品に熱伝導，放射
を小さくする設計が施されているからである。一方、ヒ
ーター加熱の場合には、昇温時間が自然昇温より早くな
るものの、ヒーターやリード線が極低温・真空にさらさ
れる部分にあるために劣化が起こる。しかも、真空部分
から大気へのリード線の出し入れ部分で真空漏れが発生
しやすい。さらに、電気エネルギーが必要であり、ま
た、電源やコントローラーが必要となるため、システム
として複雑になるうえ、価格の上昇や故障の原因にもな
っている。
間がかかるという問題がある。その理由は、冷凍機とし
ての損失を少なくするために、構成部品に熱伝導，放射
を小さくする設計が施されているからである。一方、ヒ
ーター加熱の場合には、昇温時間が自然昇温より早くな
るものの、ヒーターやリード線が極低温・真空にさらさ
れる部分にあるために劣化が起こる。しかも、真空部分
から大気へのリード線の出し入れ部分で真空漏れが発生
しやすい。さらに、電気エネルギーが必要であり、ま
た、電源やコントローラーが必要となるため、システム
として複雑になるうえ、価格の上昇や故障の原因にもな
っている。
【０００５】そこで、ダブルインレット型パルス管冷凍
機において、その構造上の特徴であるバイパス弁を利用
した昇温運転方法が提案されている（特開平８−１５２
２１２号公報）。この昇温運転方法は、図８に示すよう
なダブルインレット型パルス管冷凍機を用いて行われ
る。すなわち、圧縮機４１を、高圧と低圧との圧力切替
弁４２を介して蓄冷器４３（内部に金網等が充填されて
いる）の蓄冷器高温端４３ｈに接続し、蓄冷器低温端４
３ｃをパルス管４４のパルス管低温端４４ｃに接続して
いる。また、パルス管４４のパルス管高温端４４ｈを開
閉度可変のオリフィス４５を介してバッファ容器４６に
接続している。一方、蓄冷器４３とパルス管４４とを経
由する流路に対するバイパス流路４７を設け、このバイ
パス流路４７にバイパス弁４８を配設している。そし
て、パルス管４４のパルス管低温端４４ｃをクライオポ
ンプの吸着パネル（図示せず）に熱的に接続している。
機において、その構造上の特徴であるバイパス弁を利用
した昇温運転方法が提案されている（特開平８−１５２
２１２号公報）。この昇温運転方法は、図８に示すよう
なダブルインレット型パルス管冷凍機を用いて行われ
る。すなわち、圧縮機４１を、高圧と低圧との圧力切替
弁４２を介して蓄冷器４３（内部に金網等が充填されて
いる）の蓄冷器高温端４３ｈに接続し、蓄冷器低温端４
３ｃをパルス管４４のパルス管低温端４４ｃに接続して
いる。また、パルス管４４のパルス管高温端４４ｈを開
閉度可変のオリフィス４５を介してバッファ容器４６に
接続している。一方、蓄冷器４３とパルス管４４とを経
由する流路に対するバイパス流路４７を設け、このバイ
パス流路４７にバイパス弁４８を配設している。そし
て、パルス管４４のパルス管低温端４４ｃをクライオポ
ンプの吸着パネル（図示せず）に熱的に接続している。
【０００６】上記ダブルインレット型パルス管冷凍機で
は、通常時（冷却運転時）に、オリフィス４５とバイパ
ス弁４８が適正開度に設定されている。そして、圧力切
替弁４２が高圧側にあるときに、圧縮機４１により圧縮
された作動ガスは蓄冷器高温端４３ｈから蓄冷器４３内
に流入したのち、蓄冷器低温端４３ｃからパルス管低温
端４４ｃを経てパルス管４４内に流入する。同時に、圧
縮機４１により圧縮された作動ガスの一部がバイパス弁
４８を経由してパルス管高温端４４ｈからパルス管４４
内に流入する。これにより、パルス管４４の圧力がバッ
ファ容器４６の圧力よりも高くなり、作動ガスはパルス
管高温端４４ｈからオリフィス４５を経由してバッファ
容器４６内に流入する。
は、通常時（冷却運転時）に、オリフィス４５とバイパ
ス弁４８が適正開度に設定されている。そして、圧力切
替弁４２が高圧側にあるときに、圧縮機４１により圧縮
された作動ガスは蓄冷器高温端４３ｈから蓄冷器４３内
に流入したのち、蓄冷器低温端４３ｃからパルス管低温
端４４ｃを経てパルス管４４内に流入する。同時に、圧
縮機４１により圧縮された作動ガスの一部がバイパス弁
４８を経由してパルス管高温端４４ｈからパルス管４４
内に流入する。これにより、パルス管４４の圧力がバッ
ファ容器４６の圧力よりも高くなり、作動ガスはパルス
管高温端４４ｈからオリフィス４５を経由してバッファ
容器４６内に流入する。
【０００７】圧力切替弁４２が低圧側へ切り替わると、
パルス管４４内の作動ガスはパルス管低温端４４ｃから
蓄冷器４３の方へ流れ、蓄冷器低温端４３ｃ，蓄冷器高
温端４３ｈを経由して圧縮機４１内に流入する。同時
に、パルス管４４内の作動ガスの一部はパルス管高温端
４４ｈからバイパス弁４８を経由して圧縮機４１内に流
入する。これにより、パルス管４４の圧力がバッファ容
器４６の圧力よりも低くなり、バッファ容器４６内の作
動ガスはオリフィス４５を通ってパルス管４４内に流入
する。同時に、バッファ容器４６内の作動ガスの一部は
バイパス弁４８を経由して圧縮機４１内に流入する。
パルス管４４内の作動ガスはパルス管低温端４４ｃから
蓄冷器４３の方へ流れ、蓄冷器低温端４３ｃ，蓄冷器高
温端４３ｈを経由して圧縮機４１内に流入する。同時
に、パルス管４４内の作動ガスの一部はパルス管高温端
４４ｈからバイパス弁４８を経由して圧縮機４１内に流
入する。これにより、パルス管４４の圧力がバッファ容
器４６の圧力よりも低くなり、バッファ容器４６内の作
動ガスはオリフィス４５を通ってパルス管４４内に流入
する。同時に、バッファ容器４６内の作動ガスの一部は
バイパス弁４８を経由して圧縮機４１内に流入する。
【０００８】一方、昇温時には、オリフィス４５を全閉
にし、かつバイパス弁４８の開度を適正開度よりも大き
くした状態で圧縮機４１を運転する。これにより、オリ
フィス４５を通過する作業ガスが無くなる。また、圧力
切替弁４２が高圧側にあるときに、圧縮機４１により圧
縮された作業ガスがバイパス弁４８を経由してパルス管
４４内に流入し、圧縮昇温されつつパルス管低温端４４
ｃに至り、熱を出す。また、圧力切替弁４２が低圧側に
あるときに、パルス管４４内の作動ガスがパルス管低温
端４４ｃから膨脹し温度低下しつつパルス管高温端４４
ｈへ至り、熱を吸収する。そして、このサイクルが繰り
返されてパルス管４４内で高温側から低温側へ運ばれる
熱が増大し、パルス管低温端４４ｃの温度が上昇する。
にし、かつバイパス弁４８の開度を適正開度よりも大き
くした状態で圧縮機４１を運転する。これにより、オリ
フィス４５を通過する作業ガスが無くなる。また、圧力
切替弁４２が高圧側にあるときに、圧縮機４１により圧
縮された作業ガスがバイパス弁４８を経由してパルス管
４４内に流入し、圧縮昇温されつつパルス管低温端４４
ｃに至り、熱を出す。また、圧力切替弁４２が低圧側に
あるときに、パルス管４４内の作動ガスがパルス管低温
端４４ｃから膨脹し温度低下しつつパルス管高温端４４
ｈへ至り、熱を吸収する。そして、このサイクルが繰り
返されてパルス管４４内で高温側から低温側へ運ばれる
熱が増大し、パルス管低温端４４ｃの温度が上昇する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
昇温運転方法では、作動ガスを入れて暖め、抜く（すな
わち、圧力切替弁４２が高圧側にあるときに、圧縮機４
１により吐出された作動ガスを蓄冷器４３とパルス管４
４内に導入し、低圧側にあるときに、冷えた作動ガスを
蓄冷器４３とパルス管４４から導出して圧縮機４１に戻
す）という動作を繰り返すことにより、昇温を行ってい
るため、自然昇温に比べて昇温時間の短縮化を図ること
ができるものの、依然として昇温に時間がかかるという
問題が残っている。
昇温運転方法では、作動ガスを入れて暖め、抜く（すな
わち、圧力切替弁４２が高圧側にあるときに、圧縮機４
１により吐出された作動ガスを蓄冷器４３とパルス管４
４内に導入し、低圧側にあるときに、冷えた作動ガスを
蓄冷器４３とパルス管４４から導出して圧縮機４１に戻
す）という動作を繰り返すことにより、昇温を行ってい
るため、自然昇温に比べて昇温時間の短縮化を図ること
ができるものの、依然として昇温に時間がかかるという
問題が残っている。
【００１０】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、昇温時間が短く、しかも、外部からの付加的な
エネルギーを必要とせず、リークや故障の危険がない信
頼性の高いパルス管冷凍機の昇温方法の提供をその目的
とする。
もので、昇温時間が短く、しかも、外部からの付加的な
エネルギーを必要とせず、リークや故障の危険がない信
頼性の高いパルス管冷凍機の昇温方法の提供をその目的
とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口と
パルス管低温端とを連通する第１流路に配設される高圧
弁と、圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する第２
流路に配設される低圧弁とを備えたパルス管冷凍機の昇
温方法であって、高圧弁を閉じ、かつ低圧弁を開けた状
態で圧縮機を運転し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガ
スをパルス管高温口に導入してパルス管内を通しパルス
管低温端を経由したのち、低圧弁を介して圧縮機吸入口
に戻すようにしたパルス管冷凍機の昇温方法を第１の要
旨とし、圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口とパルス
管低温端とを連通する第１流路に配設される高圧弁と、
圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する第２流路に
配設される低圧弁と、パルス管高温口に連通する位相制
御装置とを備えたパルス管冷凍機の昇温方法であって、
高圧弁を閉じ、かつ低圧弁を開けた状態で圧縮機を運転
し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガスを位相制御装置
に導入して位相制御装置内を通したのち、パルス管高温
口からパルス管内に導入してパルス管低温端を経由し、
そののち低圧弁を介して圧縮機吸入口に戻すようにした
パルス管冷凍機の昇温方法を第２の要旨とし、圧縮機
と、パルス管と、圧縮機吐出口とパルス管低温端とを連
通する第１流路に配設される高圧弁と、圧縮機吸入口と
パルス管低温端とを連通する第２流路に配設される低圧
弁とを備えたパルス管冷凍機の昇温方法であって、低圧
弁を閉じ、かつ高圧弁を開けた状態で圧縮機を運転し、
圧縮機吐出口から吐出した作動ガスを高圧弁を介してパ
ルス管低温端に導入しパルス管内を通してパルス管高温
口から導出したのち、圧縮機吸入口に戻すようにしたパ
ルス管冷凍機の昇温方法を第３の要旨とし、圧縮機と、
パルス管と、圧縮機吐出口とパルス管の低温端とを連通
する第１流路に配設される高圧弁と、圧縮機吸入口とパ
ルス管の低温端とを連通する第２流路に配設される低圧
弁と、パルス管高温口に連通する位相制御装置とを備え
たパルス管冷凍機の昇温方法であって、低圧弁を閉じ、
かつ高圧弁を開けた状態で圧縮機を運転し、圧縮機吐出
口から吐出した作動ガスを高圧弁を介してパルス管低温
端に導入しパルス管内を通してパルス管高温口から導出
したのち、位相制御装置に導入し位相制御装置内を通し
て圧縮機吸入口に戻すようにしたパルス管冷凍機の昇温
方法を第４の要旨とする。
め、本発明は、圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口と
パルス管低温端とを連通する第１流路に配設される高圧
弁と、圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する第２
流路に配設される低圧弁とを備えたパルス管冷凍機の昇
温方法であって、高圧弁を閉じ、かつ低圧弁を開けた状
態で圧縮機を運転し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガ
スをパルス管高温口に導入してパルス管内を通しパルス
管低温端を経由したのち、低圧弁を介して圧縮機吸入口
に戻すようにしたパルス管冷凍機の昇温方法を第１の要
旨とし、圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口とパルス
管低温端とを連通する第１流路に配設される高圧弁と、
圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する第２流路に
配設される低圧弁と、パルス管高温口に連通する位相制
御装置とを備えたパルス管冷凍機の昇温方法であって、
高圧弁を閉じ、かつ低圧弁を開けた状態で圧縮機を運転
し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガスを位相制御装置
に導入して位相制御装置内を通したのち、パルス管高温
口からパルス管内に導入してパルス管低温端を経由し、
そののち低圧弁を介して圧縮機吸入口に戻すようにした
パルス管冷凍機の昇温方法を第２の要旨とし、圧縮機
と、パルス管と、圧縮機吐出口とパルス管低温端とを連
通する第１流路に配設される高圧弁と、圧縮機吸入口と
パルス管低温端とを連通する第２流路に配設される低圧
弁とを備えたパルス管冷凍機の昇温方法であって、低圧
弁を閉じ、かつ高圧弁を開けた状態で圧縮機を運転し、
圧縮機吐出口から吐出した作動ガスを高圧弁を介してパ
ルス管低温端に導入しパルス管内を通してパルス管高温
口から導出したのち、圧縮機吸入口に戻すようにしたパ
ルス管冷凍機の昇温方法を第３の要旨とし、圧縮機と、
パルス管と、圧縮機吐出口とパルス管の低温端とを連通
する第１流路に配設される高圧弁と、圧縮機吸入口とパ
ルス管の低温端とを連通する第２流路に配設される低圧
弁と、パルス管高温口に連通する位相制御装置とを備え
たパルス管冷凍機の昇温方法であって、低圧弁を閉じ、
かつ高圧弁を開けた状態で圧縮機を運転し、圧縮機吐出
口から吐出した作動ガスを高圧弁を介してパルス管低温
端に導入しパルス管内を通してパルス管高温口から導出
したのち、位相制御装置に導入し位相制御装置内を通し
て圧縮機吸入口に戻すようにしたパルス管冷凍機の昇温
方法を第４の要旨とする。
【００１２】すなわち、本発明のパルス管冷凍機の昇温
方法は、昇温時に、冷凍運転を一旦停止し、圧縮機から
吐出された温かい作動ガスが一方向に流れるように各弁
の開閉を行い、その状態で圧縮機を運転する。これによ
り、圧縮機から吐出された温かい作動ガスがパルス管冷
凍機の内部を一方向に循環して流れ、この流れの途中
で、パルス管冷凍機の内部の冷端部に導入され、この冷
端部を素早く昇温する。したがって、本発明では、従来
の昇温運転方法に比べて、パルス管冷凍機を素早く昇温
することができる。しかも、外部からの付加的なエネル
ギーを必要としないし、リークや故障の危険もない。
方法は、昇温時に、冷凍運転を一旦停止し、圧縮機から
吐出された温かい作動ガスが一方向に流れるように各弁
の開閉を行い、その状態で圧縮機を運転する。これによ
り、圧縮機から吐出された温かい作動ガスがパルス管冷
凍機の内部を一方向に循環して流れ、この流れの途中
で、パルス管冷凍機の内部の冷端部に導入され、この冷
端部を素早く昇温する。したがって、本発明では、従来
の昇温運転方法に比べて、パルス管冷凍機を素早く昇温
することができる。しかも、外部からの付加的なエネル
ギーを必要としないし、リークや故障の危険もない。
【００１３】本発明において、圧縮機吐出口から吐出し
た作動ガスをパルス管もしくは位相制御装置に導入する
手段が、途中に開閉弁を設けた導管である場合には、簡
単な構造で、上記優れた効果を有する昇温方法を実現す
ることができる。
た作動ガスをパルス管もしくは位相制御装置に導入する
手段が、途中に開閉弁を設けた導管である場合には、簡
単な構造で、上記優れた効果を有する昇温方法を実現す
ることができる。
【００１４】本発明において、圧縮機とパルス管との間
に蓄冷器が設けられ、上記第１流路が圧縮機吐出口と蓄
冷器高温口に連通され、上記第２流路が圧縮機吸入口と
蓄冷器高温口に連通されている場合には、蓄冷器を用い
たパルス管冷凍機に対しても、上記優れた効果を有する
昇温方法を実現することができる。
に蓄冷器が設けられ、上記第１流路が圧縮機吐出口と蓄
冷器高温口に連通され、上記第２流路が圧縮機吸入口と
蓄冷器高温口に連通されている場合には、蓄冷器を用い
たパルス管冷凍機に対しても、上記優れた効果を有する
昇温方法を実現することができる。
【００１５】本発明において、導管に開閉弁と直列状に
絞り弁を配置した場合には、昇温時に、パルス管もしく
は位相制御装置に導入する作動ガスの流量を調節するこ
とができ、これにより、昇温時間を調節することができ
る。また、作動ガスの流量が非常に大きい場合には、冷
えた作動ガスが室温部分を急激に冷却して圧縮機吸入側
の結露や構成部品を破損する可能性があるが、絞り弁に
より作動ガスの流量を調節することにより、圧縮機吸入
側の結露や構成部品の破損を防ぐことができる。
絞り弁を配置した場合には、昇温時に、パルス管もしく
は位相制御装置に導入する作動ガスの流量を調節するこ
とができ、これにより、昇温時間を調節することができ
る。また、作動ガスの流量が非常に大きい場合には、冷
えた作動ガスが室温部分を急激に冷却して圧縮機吸入側
の結露や構成部品を破損する可能性があるが、絞り弁に
より作動ガスの流量を調節することにより、圧縮機吸入
側の結露や構成部品の破損を防ぐことができる。
【００１６】また、本発明において、開閉弁が、間欠的
に開閉する開閉弁である場合にも、開閉弁の開時と閉時
の割合を変えることにより、パルス管もしくは位相制御
装置に導入する作動ガスの流量を調節することができ
る。このため、導管に開閉弁と直列状に絞り弁を配置し
た場合と同様の効果を奏する。しかも、弁が１つでよい
という効果もある。
に開閉する開閉弁である場合にも、開閉弁の開時と閉時
の割合を変えることにより、パルス管もしくは位相制御
装置に導入する作動ガスの流量を調節することができ
る。このため、導管に開閉弁と直列状に絞り弁を配置し
た場合と同様の効果を奏する。しかも、弁が１つでよい
という効果もある。
【００１７】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて説明する。
面にもとづいて説明する。
【００１８】図１は本発明に用いるパルス管冷凍機の一
実施の形態を示している。図において、１は圧縮機で、
２は蓄冷器で、３はコールドヘッドで、４はパルス管で
あり、圧縮機吸入口と蓄冷器２の蓄冷器高温口から延び
る入口管９とが低圧弁５付き導管（第２流路）６を介し
て接続し、圧縮機吐出口と上記入口管９とが高圧弁７付
き導管（第１流路）８を介して接続している。このよう
な、通常のパルス管冷凍機の基本構造に対し、この実施
の形態では、高圧弁７付き導管８のうち、圧縮機吐出口
と高圧弁７との間の部分に、途中に開閉弁１０を設けた
昇温用導管１１の一端を接続し、他端をパルス管４のパ
ルス管高温口に接続している。
実施の形態を示している。図において、１は圧縮機で、
２は蓄冷器で、３はコールドヘッドで、４はパルス管で
あり、圧縮機吸入口と蓄冷器２の蓄冷器高温口から延び
る入口管９とが低圧弁５付き導管（第２流路）６を介し
て接続し、圧縮機吐出口と上記入口管９とが高圧弁７付
き導管（第１流路）８を介して接続している。このよう
な、通常のパルス管冷凍機の基本構造に対し、この実施
の形態では、高圧弁７付き導管８のうち、圧縮機吐出口
と高圧弁７との間の部分に、途中に開閉弁１０を設けた
昇温用導管１１の一端を接続し、他端をパルス管４のパ
ルス管高温口に接続している。
【００１９】上記構成において、通常時（冷凍運転時）
には、開閉弁１０を閉じた状態で、高圧弁７，低圧弁５
を所定の手順で開閉し、コールドヘッド３を冷やす。ま
た、昇温時には、冷凍運転を一旦停止し、低圧弁５およ
び開閉弁１０を開け、かつ高圧弁７を閉じた状態にし、
その状態のままで圧縮機１を運転する。これにより、作
動ガスがパルス管冷凍機の内部を循環する。すなわち、
圧縮機１で圧縮された高圧，室温の作動ガス（例えば、
ヘリウムガス）が導管８，開閉弁１０付き導管１１を通
り、パルス管高温口からパルス管４内に流入したのち、
コールドヘッド３，蓄冷器２を通り、蓄冷器高温口から
入口管９，低圧弁５付き導管６を経由して圧縮器１に回
収される（図２の矢印参照）。そして、この循環する流
れの途中で、室温の作動ガスはコールドヘッド３やその
付近の低温部分と熱交換を行い、コールドヘッド３の温
度が上昇する。
には、開閉弁１０を閉じた状態で、高圧弁７，低圧弁５
を所定の手順で開閉し、コールドヘッド３を冷やす。ま
た、昇温時には、冷凍運転を一旦停止し、低圧弁５およ
び開閉弁１０を開け、かつ高圧弁７を閉じた状態にし、
その状態のままで圧縮機１を運転する。これにより、作
動ガスがパルス管冷凍機の内部を循環する。すなわち、
圧縮機１で圧縮された高圧，室温の作動ガス（例えば、
ヘリウムガス）が導管８，開閉弁１０付き導管１１を通
り、パルス管高温口からパルス管４内に流入したのち、
コールドヘッド３，蓄冷器２を通り、蓄冷器高温口から
入口管９，低圧弁５付き導管６を経由して圧縮器１に回
収される（図２の矢印参照）。そして、この循環する流
れの途中で、室温の作動ガスはコールドヘッド３やその
付近の低温部分と熱交換を行い、コールドヘッド３の温
度が上昇する。
【００２０】上記のように、この実施の形態では、昇温
時に、冷凍運転を一旦停止し、圧縮機１から吐出した作
動ガスを一方向に流すよう各弁５，７，１０の開閉を行
い、その状態で圧縮機１を運転する。これにより、室温
の作動ガスがパルス管冷凍機の内部を循環して流れ、コ
ールドヘッド３に導入され、コールドヘッド３を素早く
昇温する。また、ヒーターを必要としない構造であり、
リークや故障の危険がない。
時に、冷凍運転を一旦停止し、圧縮機１から吐出した作
動ガスを一方向に流すよう各弁５，７，１０の開閉を行
い、その状態で圧縮機１を運転する。これにより、室温
の作動ガスがパルス管冷凍機の内部を循環して流れ、コ
ールドヘッド３に導入され、コールドヘッド３を素早く
昇温する。また、ヒーターを必要としない構造であり、
リークや故障の危険がない。
【００２１】図３は本発明に用いるパルス管冷凍機の他
の実施の形態を示している。この実施の形態では、図１
の実施の形態における基本構造に対し、低圧弁５付き導
管６のうち、圧縮機吸入口と低圧弁５との間の部分に、
途中に開閉弁１３を設けた昇温用導管１４の一端を接続
し、他端をパルス管４のパルス管高温口に接続してい
る。したがって、この実施の形態では、図１の実施の形
態における開閉弁１０付き導管１１を設けていない。そ
れ以外の部分は図１の実施の形態と同様であり、同様の
部分には同じ符号を付している。
の実施の形態を示している。この実施の形態では、図１
の実施の形態における基本構造に対し、低圧弁５付き導
管６のうち、圧縮機吸入口と低圧弁５との間の部分に、
途中に開閉弁１３を設けた昇温用導管１４の一端を接続
し、他端をパルス管４のパルス管高温口に接続してい
る。したがって、この実施の形態では、図１の実施の形
態における開閉弁１０付き導管１１を設けていない。そ
れ以外の部分は図１の実施の形態と同様であり、同様の
部分には同じ符号を付している。
【００２２】上記構成において、通常時（冷凍運転時）
には、開閉弁１３を閉じた状態で、高圧弁７，低圧弁５
を所定の手順（図１の実施の形態と同様の手順）で開閉
し、コールドヘッド３を冷やす。また、昇温時には、冷
凍運転を一旦停止し、高圧弁７および開閉弁１３を開
け、かつ低圧弁５を閉じた状態し、その状態のままで圧
縮機１を運転する。これにより、作動ガスがパルス管冷
凍機の内部を循環する。すなわち、圧縮機１で圧縮され
た高圧，室温の作動ガスが高圧弁７付き導管８，入口管
９を通り、蓄冷器高温口から蓄冷器２内に流入したの
ち、コールドヘッド３，パルス管４を通り、パルス管高
温口から開閉弁１３付き導管１４，導管６を経由して圧
縮器１に回収される（図４の矢印参照）。そして、この
循環する流れの途中で、室温の作動ガスはコールドヘッ
ド３やその付近の低温部分と熱交換を行い、コールドヘ
ッド３の温度が上昇する。
には、開閉弁１３を閉じた状態で、高圧弁７，低圧弁５
を所定の手順（図１の実施の形態と同様の手順）で開閉
し、コールドヘッド３を冷やす。また、昇温時には、冷
凍運転を一旦停止し、高圧弁７および開閉弁１３を開
け、かつ低圧弁５を閉じた状態し、その状態のままで圧
縮機１を運転する。これにより、作動ガスがパルス管冷
凍機の内部を循環する。すなわち、圧縮機１で圧縮され
た高圧，室温の作動ガスが高圧弁７付き導管８，入口管
９を通り、蓄冷器高温口から蓄冷器２内に流入したの
ち、コールドヘッド３，パルス管４を通り、パルス管高
温口から開閉弁１３付き導管１４，導管６を経由して圧
縮器１に回収される（図４の矢印参照）。そして、この
循環する流れの途中で、室温の作動ガスはコールドヘッ
ド３やその付近の低温部分と熱交換を行い、コールドヘ
ッド３の温度が上昇する。
【００２３】上記のように、この実施の形態でも、図１
の実施の形態と同様に作用し、同様の効果を奏する。
の実施の形態と同様に作用し、同様の効果を奏する。
【００２４】図５は本発明に用いるパルス管冷凍機のさ
らに他の実施の形態を示している。この実施の形態で
は、アクティブバッファ型の位相制御装置として、一対
のバッファタンク１６ａ，１６ｂ、開閉弁１７ａ，１７
ｂ付き連結管１８ａ，１８ｂを用い、各バッファタンク
１６ａ，１６ｂを各開閉弁１７ａ，１７ｂ付き連結管１
８ａ，１８ｂを介してパルス管高温口に接続している
（特許第２５５３８２２号公報参照）。そして、高圧弁
７付き導管８のうち、圧縮機吐出口と高圧弁７との間の
部分に、途中に開閉弁１９を設けた昇温用導管２０の一
端を接続しており、他端を一方のバッファタンク１６ａ
に接続することにより、バッファタンク１６ａ，開閉弁
１７ａ付き連結管１８ａを介してパルス管高温口に接続
している。それ以外の部分は図１の実施の形態と同様で
あり、同様の部分には同じ符号を付している。
らに他の実施の形態を示している。この実施の形態で
は、アクティブバッファ型の位相制御装置として、一対
のバッファタンク１６ａ，１６ｂ、開閉弁１７ａ，１７
ｂ付き連結管１８ａ，１８ｂを用い、各バッファタンク
１６ａ，１６ｂを各開閉弁１７ａ，１７ｂ付き連結管１
８ａ，１８ｂを介してパルス管高温口に接続している
（特許第２５５３８２２号公報参照）。そして、高圧弁
７付き導管８のうち、圧縮機吐出口と高圧弁７との間の
部分に、途中に開閉弁１９を設けた昇温用導管２０の一
端を接続しており、他端を一方のバッファタンク１６ａ
に接続することにより、バッファタンク１６ａ，開閉弁
１７ａ付き連結管１８ａを介してパルス管高温口に接続
している。それ以外の部分は図１の実施の形態と同様で
あり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００２５】上記構成において、通常時（冷凍運転時）
には、開閉弁１９を閉じた状態で、高圧弁７，低圧弁
５，開閉弁１７ａ，１７ｂを所定の手順で開閉し、コー
ルドヘッド３を冷やす。また、昇温時には、冷凍運転を
一旦停止し、低圧弁５および開閉弁１７ａ，１９を開
け、かつ高圧弁７および開閉弁１７ｂを閉じた状態し、
その状態のままで圧縮機１を運転する。これにより、作
動ガスがパルス管冷凍機の内部を循環する。すなわち、
圧縮機１で圧縮された高圧，室温の作動ガスが導管８，
開閉弁１９付き導管２０を通りバッファタンク１６ａ内
に流入し、バッファタンク１６ａ，開閉弁１７ａ付き連
結管１８ａを通ったのち、パルス管高温口からパルス管
４内に流入し、コールドヘッド３，蓄冷器２を通る。そ
ののち、蓄冷器高温口から入口管９，低圧弁５付き導管
６を経由して圧縮器１に回収される（図６の矢印参
照）。そして、この循環する流れの途中で、室温の作動
ガスはコールドヘッド３やその付近の低温部分と熱交換
を行い、コールドヘッド３の温度が上昇する。
には、開閉弁１９を閉じた状態で、高圧弁７，低圧弁
５，開閉弁１７ａ，１７ｂを所定の手順で開閉し、コー
ルドヘッド３を冷やす。また、昇温時には、冷凍運転を
一旦停止し、低圧弁５および開閉弁１７ａ，１９を開
け、かつ高圧弁７および開閉弁１７ｂを閉じた状態し、
その状態のままで圧縮機１を運転する。これにより、作
動ガスがパルス管冷凍機の内部を循環する。すなわち、
圧縮機１で圧縮された高圧，室温の作動ガスが導管８，
開閉弁１９付き導管２０を通りバッファタンク１６ａ内
に流入し、バッファタンク１６ａ，開閉弁１７ａ付き連
結管１８ａを通ったのち、パルス管高温口からパルス管
４内に流入し、コールドヘッド３，蓄冷器２を通る。そ
ののち、蓄冷器高温口から入口管９，低圧弁５付き導管
６を経由して圧縮器１に回収される（図６の矢印参
照）。そして、この循環する流れの途中で、室温の作動
ガスはコールドヘッド３やその付近の低温部分と熱交換
を行い、コールドヘッド３の温度が上昇する。
【００２６】この実施の形態でも、昇温時には、図１の
実施の形態と同様に作用し、同様の効果を奏する。
実施の形態と同様に作用し、同様の効果を奏する。
【００２７】図７は本発明に用いるパルス管冷凍機のさ
らに他の実施の形態を示している。この実施の形態で
は、図１の実施の形態において、導管１１に絞り弁２２
と開閉弁１０とを直列に配設している。それ以外の部分
は図１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ
符号を付している。
らに他の実施の形態を示している。この実施の形態で
は、図１の実施の形態において、導管１１に絞り弁２２
と開閉弁１０とを直列に配設している。それ以外の部分
は図１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ
符号を付している。
【００２８】この実施の形態でも、図１の実施の形態と
同様に作用し、同様の効果を奏する。しかも、導管１１
に絞り弁２２を設けているため、昇温時に、パルス管４
に導入する作動ガスの流量を調節することができ、これ
により、昇温時間を調節することができるうえ、圧縮機
吸入側の結露や構成部品の破損を防ぐこともできる。
同様に作用し、同様の効果を奏する。しかも、導管１１
に絞り弁２２を設けているため、昇温時に、パルス管４
に導入する作動ガスの流量を調節することができ、これ
により、昇温時間を調節することができるうえ、圧縮機
吸入側の結露や構成部品の破損を防ぐこともできる。
【００２９】なお、図５に示す実施の形態において、導
管２０の他端を開閉弁１７ａ付き連結管１８ａに接続し
てもよいし、バッファタンク１６ｂもしくは開閉弁１７
ｂ付き連結管１８ｂに接続してもよい。
管２０の他端を開閉弁１７ａ付き連結管１８ａに接続し
てもよいし、バッファタンク１６ｂもしくは開閉弁１７
ｂ付き連結管１８ｂに接続してもよい。
【００３０】また、本発明の昇温方法をオリフィス型，
ダブルインレット型等の位相制御装置付きのパルス管冷
凍機に用いてもよい。
ダブルインレット型等の位相制御装置付きのパルス管冷
凍機に用いてもよい。
【００３１】また、図３，図５に示す実施の形態におい
て、図７に示す実施の形態のように、導管１４，２０に
絞り弁２２を開閉弁１３，１９と直列に配設してもよ
い。また、図１，図３，図５に示す実施の形態におい
て、開閉弁１０，１３，１９として、間欠的に開閉する
開閉弁を用いることもできる。
て、図７に示す実施の形態のように、導管１４，２０に
絞り弁２２を開閉弁１３，１９と直列に配設してもよ
い。また、図１，図３，図５に示す実施の形態におい
て、開閉弁１０，１３，１９として、間欠的に開閉する
開閉弁を用いることもできる。
【００３２】また、図５に示す実施の形態において、低
圧弁５付き導管６のうち、圧縮機吸入口と低圧弁５との
間の部分に、途中に開閉弁１９を設けた昇温用導管２０
の一端を接続し、他端をバッファタンク１６ｂに接続し
てもよい。この場合には、昇温時に、高圧弁７および開
閉弁１７ｂ，１９を開け、低圧弁５および開閉弁１７ａ
を閉じた状態で圧縮機１を運転する。
圧弁５付き導管６のうち、圧縮機吸入口と低圧弁５との
間の部分に、途中に開閉弁１９を設けた昇温用導管２０
の一端を接続し、他端をバッファタンク１６ｂに接続し
てもよい。この場合には、昇温時に、高圧弁７および開
閉弁１７ｂ，１９を開け、低圧弁５および開閉弁１７ａ
を閉じた状態で圧縮機１を運転する。
【００３３】なお、上記各実施の形態において、圧縮機
１に代えて、外部からガスを導管８に導入し、導管６か
ら回収（放出）してもよい。
１に代えて、外部からガスを導管８に導入し、導管６か
ら回収（放出）してもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、本発明のパルス管冷凍機
の昇温方法によれば、従来の昇温運転方法に比べて、パ
ルス管冷凍機を素早く昇温することができる。しかも、
外部からの付加的なエネルギーを必要としないし、リー
クや故障の危険もない。
の昇温方法によれば、従来の昇温運転方法に比べて、パ
ルス管冷凍機を素早く昇温することができる。しかも、
外部からの付加的なエネルギーを必要としないし、リー
クや故障の危険もない。
【００３５】本発明において、圧縮機吐出口から吐出し
た作動ガスをパルス管もしくは位相制御装置に導入する
手段が、途中に開閉弁を設けた導管である場合には、簡
単な構造で、上記優れた効果を有する昇温方法を実現す
ることができる。
た作動ガスをパルス管もしくは位相制御装置に導入する
手段が、途中に開閉弁を設けた導管である場合には、簡
単な構造で、上記優れた効果を有する昇温方法を実現す
ることができる。
【００３６】本発明において、圧縮機とパルス管との間
に蓄冷器が設けられ、上記第１流路が圧縮機吐出口と蓄
冷器高温口に連通され、上記第２流路が圧縮機吸入口と
蓄冷器高温口に連通されている場合には、蓄冷器を用い
たパルス管冷凍機に対しても、上記優れた効果を有する
昇温方法を実現することができる。
に蓄冷器が設けられ、上記第１流路が圧縮機吐出口と蓄
冷器高温口に連通され、上記第２流路が圧縮機吸入口と
蓄冷器高温口に連通されている場合には、蓄冷器を用い
たパルス管冷凍機に対しても、上記優れた効果を有する
昇温方法を実現することができる。
【００３７】本発明において、導管に開閉弁と直列状に
絞り弁を配置した場合には、昇温時に、パルス管もしく
は位相制御装置に導入する作動ガスの流量を調節するこ
とができ、これにより、昇温時間を調節することができ
る。また、作動ガスの流量が非常に大きい場合には、冷
えた作動ガスが室温部分を急激に冷却して圧縮機吸入側
の結露や構成部品を破損する可能性があるが、絞り弁に
より作動ガスの流量を調節することにより、圧縮機吸入
側の結露や構成部品の破損を防ぐことができる。
絞り弁を配置した場合には、昇温時に、パルス管もしく
は位相制御装置に導入する作動ガスの流量を調節するこ
とができ、これにより、昇温時間を調節することができ
る。また、作動ガスの流量が非常に大きい場合には、冷
えた作動ガスが室温部分を急激に冷却して圧縮機吸入側
の結露や構成部品を破損する可能性があるが、絞り弁に
より作動ガスの流量を調節することにより、圧縮機吸入
側の結露や構成部品の破損を防ぐことができる。
【００３８】また、本発明において、開閉弁が、間欠的
に開閉する開閉弁である場合にも、開閉弁の開時と閉時
の割合を変えることにより、パルス管もしくは位相制御
装置に導入する作動ガスの流量を調節することができ
る。このため、導管に開閉弁と直列状に絞り弁を配置し
た場合と同様の効果を奏する。しかも、弁が１つでよい
という効果もある。
に開閉する開閉弁である場合にも、開閉弁の開時と閉時
の割合を変えることにより、パルス管もしくは位相制御
装置に導入する作動ガスの流量を調節することができ
る。このため、導管に開閉弁と直列状に絞り弁を配置し
た場合と同様の効果を奏する。しかも、弁が１つでよい
という効果もある。
【図１】本発明に用いるパルス管冷凍機の一実施の形態
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】パルス管冷凍機の作動ガスの流れを示す説明図
である。
である。
【図３】本発明に用いるパルス管冷凍機の他の実施の形
態を示す構成図である。
態を示す構成図である。
【図４】パルス管冷凍機の作動ガスの流れを示す説明図
である。
である。
【図５】本発明に用いるパルス管冷凍機のさらに他の実
施の形態を示す構成図である。
施の形態を示す構成図である。
【図６】パルス管冷凍機の作動ガスの流れを示す説明図
である。
である。
【図７】本発明に用いるパルス管冷凍機のさらに他の実
施の形態を示す構成図である。
施の形態を示す構成図である。
【図８】従来例を示す構成図である。
１ 圧縮機 ４ パルス管 ５ 低圧弁 ６，８ 導管 ７ 高圧弁
Claims (11)
- 【請求項１】 圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口と
パルス管低温端とを連通する第１流路に配設される高圧
弁と、圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する第２
流路に配設される低圧弁とを備えたパルス管冷凍機の昇
温方法であって、高圧弁を閉じ、かつ低圧弁を開けた状
態で圧縮機を運転し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガ
スをパルス管高温口に導入してパルス管内を通しパルス
管低温端を経由したのち、低圧弁を介して圧縮機吸入口
に戻すようにしたことを特徴とするパルス管冷凍機の昇
温方法。 - 【請求項２】 圧縮機吐出口から吐出した作動ガスをパ
ルス管高温口に導入する手段が、途中に開閉弁を設けた
導管であり、この導管の一端を上記第１流路のうち、圧
縮機吐出口と高圧弁間の部分に連通し、上記導管の他端
をパルス管高温口に連通し、冷凍運転時に上記開閉弁を
閉じ、昇温時に上記開閉弁を開けるようにした請求項１
記載のパルス管冷凍機の昇温方法。 - 【請求項３】 圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口と
パルス管低温端とを連通する第１流路に配設される高圧
弁と、圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する第２
流路に配設される低圧弁と、パルス管高温口に連通する
位相制御装置とを備えたパルス管冷凍機の昇温方法であ
って、高圧弁を閉じ、かつ低圧弁を開けた状態で圧縮機
を運転し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガスを位相制
御装置に導入して位相制御装置内を通したのち、パルス
管高温口からパルス管内に導入してパルス管低温端を経
由し、そののち低圧弁を介して圧縮機吸入口に戻すよう
にしたことを特徴とするパルス管冷凍機の昇温方法。 - 【請求項４】 圧縮機吐出口から吐出した作動ガスを位
相制御装置に導入する手段が、途中に開閉弁を設けた導
管であり、この導管の一端を上記第１流路のうち、圧縮
機吐出口と高圧弁間の部分に連通し、上記導管の他端を
位相制御装置に連通し、冷凍運転時に上記開閉弁を閉
じ、昇温時に上記開閉弁を開けるようにした請求項３記
載のパルス管冷凍機の昇温方法。 - 【請求項５】 圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口と
パルス管低温端とを連通する第１流路に配設される高圧
弁と、圧縮機吸入口とパルス管低温端とを連通する第２
流路に配設される低圧弁とを備えたパルス管冷凍機の昇
温方法であって、低圧弁を閉じ、かつ高圧弁を開けた状
態で圧縮機を運転し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガ
スを高圧弁を介してパルス管低温端に導入しパルス管内
を通してパルス管高温口から導出したのち、圧縮機吸入
口に戻すようにしたことを特徴とするパルス管冷凍機の
昇温方法。 - 【請求項６】 パルス管高温口から導出した作動ガスを
圧縮機吸入口に戻す手段が、途中に開閉弁を設けた導管
であり、この導管の一端を上記第２流路のうち、圧縮機
吸入口と低圧弁間の部分に連通し、他端をパルス管高温
口に連通し、冷凍運転時に上記開閉弁を閉じ、昇温時に
上記開閉弁を開けるようにした請求項５記載のパルス管
冷凍機の昇温方法。 - 【請求項７】 圧縮機と、パルス管と、圧縮機吐出口と
パルス管の低温端とを連通する第１流路に配設される高
圧弁と、圧縮機吸入口とパルス管の低温端とを連通する
第２流路に配設される低圧弁と、パルス管高温口に連通
する位相制御装置とを備えたパルス管冷凍機の昇温方法
であって、低圧弁を閉じ、かつ高圧弁を開けた状態で圧
縮機を運転し、圧縮機吐出口から吐出した作動ガスを高
圧弁を介してパルス管低温端に導入しパルス管内を通し
てパルス管高温口から導出したのち、位相制御装置に導
入し位相制御装置内を通して圧縮機吸入口に戻すように
したことを特徴とするパルス管冷凍機の昇温方法。 - 【請求項８】 位相制御装置から導出した作動ガスを圧
縮機吸入口に導入する手段が、途中に開閉弁を設けた導
管であり、この導管の一端を上記第２流路のうち、圧縮
機吸入口と低圧弁間の部分に連通し、他端を位相制御装
置に連通し、冷凍運転時に上記開閉弁を閉じ、昇温時に
上記開閉弁を開けるようにした請求項７記載のパルス管
冷凍機の昇温方法。 - 【請求項９】 圧縮機とパルス管との間に蓄冷器が設け
られ、上記第１流路が圧縮機吐出口と蓄冷器高温口に連
通され、上記第２流路が圧縮機吸入口と蓄冷器高温口に
連通されている請求項１〜８のいずれか一項に記載のパ
ルス管冷凍機の昇温方法。 - 【請求項１０】 導管に開閉弁と直列状に絞り弁を配設
した請求項２，４，６または８記載のパルス管冷凍機の
昇温方法。 - 【請求項１１】 開閉弁が、間欠的に開閉する開閉弁で
ある請求項２，４，６または８記載のパルス管冷凍機の
昇温方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21583398A JP3403339B2 (ja) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | パルス管冷凍機の昇温方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| JP2003075003A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 低温装置 |
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1998
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