JP2001289524A

JP2001289524A - パルス管冷凍機

Info

Publication number: JP2001289524A
Application number: JP2000109097A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Okamoto; 昌和岡本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】パルス管冷凍機において、イナータンス管の
振動により発生する騒音の防止を図る。【解決手段】イナータンス管（１）に緩衝材（２）を
巻くことで、パルス管冷凍機の作動中におけるイナータ
ンス管（１）の振動を抑制するとともに、イナータンス
管（１）のループ部同士が重なる部分の間に空間を設け
る。このことにより、イナータンス管（１）同士の接触
をなくして騒音の発生を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コールドヘッド部
に寒冷を発生させて被冷却体を冷却するパルス管冷凍機
に関し、特に、そのイナータンス管による騒音を防止す
るための対策の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、極低温冷凍システムとしてパ
ルス管冷凍機は知られている。このパルス管冷凍機の原
理を図７を用いて説明する。圧縮機（Ｃ）の圧縮過程に
おいて供給される作動ガスは、接続配管（１０）、蓄冷
器（８）、連通部（９）を通りパルス管（３）内に入
る。パルス管（３）内には、初めに低圧の作動ガスがあ
るが、上記圧縮機（Ｃ）からの供給によって入ってくる
作動ガスによりパルス管（３）内の作動ガスも圧縮され
る。この作動ガスによる一方向性圧縮効果により、パル
ス管（３）内に温度勾配が生じる。そして、生じた圧縮
熱はパルス管（３）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
ルス管（３）の高温端（３ａ）側で発生する。そして、
作動ガスは慣性を利用して作動ガスの流れを変化させる
イナータンス管（１）を介してバッファ（４）に至り、
このバッファ（４）の閉塞空間で作動ガスの流れを制御
するようにしている。

【０００３】一方、作動ガスが圧縮機（Ｃ）の膨張過程
において圧縮機（Ｃ）に回収される際には、パルス管
（３）内の作動ガスは膨張する。この作動ガスの流れの
向きは、圧縮過程のときとは逆となり、パルス管（３）
内に作動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、膨張開始前に高温端（３ａ）部の熱
除去が行われているので、作動ガス全体の平均温度は圧
縮時より低くなっており、その結果、作動ガスはパルス
管（３）の壁から熱を受ける。パルス管（３）のコール
ドヘッド（１２）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構成となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
パルス管冷凍機では、圧縮機の圧縮膨張過程において、
イナータンス管内でヘリウム等の作動ガスが往復動を繰
り返すため、作動ガスの圧力変動がイナータンス管内で
生じる。そして、イナータンス管は細くて長い（例えば
４〜５ｍ）ので、冷凍機の作動中にイナータンス管の振
動が起こり、この振動によりイナータンス管同士が接触
したり、或いはイナータンス管が他の部材に当たったり
して振動音が発生するという問題がある。

【０００５】また、この振動音だけでなく、イナータン
ス管による風切り音も生じる。

【０００６】さらに、長さの長いイナータンス管がルー
プ状に丸められて用いられると、そのループ部でイナー
タンス管同士が必然的に接触して振動音が発生する問題
もある。

【０００７】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、パルス管冷凍機に用
いられるイナータンス管の外周及び支持方法に工夫を凝
らすことにより、イナータンス管の振動を抑制して、こ
の振動から生じる騒音を低減することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、圧縮機（Ｃ）と、内部空間
を有するパルス管（３）の一端部とが蓄冷器（８）によ
り接続され、上記パルス管（３）の他端部と、所定容積
の内部空間を有するバッファ（４）とがイナータンス管
（１）により接続されるパルス管冷凍機において、上記
イナータンス管（１）の振動を抑制する振動抑制手段を
設けた。

【０００９】上記の構成により、パルス管冷凍機が作動
中でもイナータンス管（１）の振動を抑制して、イナー
タンス管（１）の振動により生じる振動音の発生を防止
することができる。

【００１０】請求項２の発明では、上記のパルス管冷凍
機において、振動抑制手段は、イナータンス管（１）に
巻かれた緩衝材（２）とする。

【００１１】このことにより、振動によりイナータンス
管（１）同士が衝突しようとしても、上記の緩衝材
（２）により緩衝されることとなり、イナータンス管
（１）から発生する振動音を抑制することができる。

【００１２】請求項３の発明では、請求項２のパルス管
冷凍機において、緩衝材（２）は、イナータンス管
（１）のうち該イナータンス管（１）が他の部材と接触
する範囲に亘って巻かれている構成とする。こうする
と、使用する緩衝材を少なくしつつ、振動音を防止する
ことができる。

【００１３】請求項４の発明では、上記のパルス管冷凍
機において、振動抑制手段は、緩衝材（２）を介してイ
ナータンス管（１）を支持する固定部（７）とする。

【００１４】このことにより、イナータンス管（１）が
その途中部で固定されるので、イナータンス管（１）自
体の共振周波数を上げることができ、パルス管冷凍機の
運転時のガスの加振によるイナータンス管（１）の振動
から生じる振動音を抑制することができる。

【００１５】請求項５の発明では、請求項１のパルス管
冷凍機において、イナータンス管（１）は、ループ状に
巻かれてたループ部を有しており、振動抑制手段は、上
記イナータンス管（１）のループ部同士が重なる部分の
間に設けられた緩衝材（２）とする。

【００１６】上記の構成により、イナータンス管（１）
がループ状に丸められて用いる場合に、そのループ部間
に緩衝材（２）が設けられることとなり、イナータンス
管（１）の振動を低減するとともに、イナータンス管
（１）同士の接触を避けることができる。このため、イ
ナータンス管（１）から発生する振動音を確実に防止で
きる。

【００１７】請求項６の発明では、請求項４のパルス管
冷凍機において、イナータンス管（１）は、ループ状に
巻かれてたループ部を有しており、このイナータンス管
（１）のループ部が、緩衝材（２）を介して固定部
（７）に支持されている構成とする。

【００１８】上記の構成により、イナータンス管（１）
のループ部が、緩衝材（２）を介して固定部（７）で支
持されるので、上記請求項４と同様の作用効果を得るこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下、本発明の実
施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態
に係るパルス管冷凍機の正面図、及び図２は本実施形態
に係るパルス管冷凍機の側面図を示す。（Ｃ）は圧縮機
で、この圧縮機（Ｃ）は往復動型のピストン（図示せ
ず）が嵌挿されてなり、このピストンがリニアモータの
作動により往復動して、その圧縮過程においてヘリウム
等の作動ガスに圧力をかけると、パルス管冷凍機に設け
られた各圧縮空間で作動ガスが圧縮されて温度の上昇が
起こる。一方、圧縮機（Ｃ）の膨張過程においては作動
ガスが各空間で膨張されると温度の降下が起こる。この
ようにして、作動ガスの圧力変化及び体積変化が起こ
る。

【００２０】そして、上記圧縮機（Ｃ）は接続配管（１
０）を介して蓄冷器（８）（再生式熱交換機）に連通し
ている。この蓄冷器（８）は、円筒状の筒体内部に鉛や
銅等からなる蓄冷材を収納してなる。蓄冷器（８）の圧
縮機（Ｃ）と反対側の低温端は、連通部（９）を介して
パルス管（３）の低温端となる一端側に接続されてい
る。この連通部（９）は、極低温レベルの寒冷を発生す
るコールドヘッド部となる。

【００２１】上記パルス管（３）下側の蓋部下面には所
定の内径を有する細管から成るイナータンス管（１）の
一端部が取付固定され、このイナータンス管（１）の内
部はパルス管（３）の下端部と蓋部に貫通形成した連通
部（９）を介して連通されている。そして、イナータン
ス管（１）の他端部はバッファ（４）内の密閉状のバッ
ファ（４）空間に接続されており、このバッファ（４）
は内部に空間（図示せず）を有し、パルス管（３）から
押し出された作動ガスをイナータンス管（１）にて断熱
膨張により更に冷却して、このバッファ（４）に流入さ
せ、そのバッファ（４）内の閉塞空間で作動ガスの流れ
を制御するようにしている。すなわち、圧縮機（Ｃ）か
ら供給された作動ガスは、接続配管（１０）、蓄冷器
（８）、連通部（９）、パルス管（３）及びイナータン
ス管（１）を通ってバッファ（４）に導入される。

【００２２】そして、本発明の特徴として、上記イナー
タンス管（１）は、図１に示すようにループ状に巻かれ
て圧縮機（Ｃ）の側面に２カ所のクランプ部（１１）に
より固定支持されている。このクランプ部（１１）は、
図３に示すように、金属製板（１１ａ）を断面略Ｐ字形
状に折り曲げてなり、締結ボルト（１１ｂ）を用いて圧
縮機（Ｃ）の側面に固定されている。そして、緩衝材
（２）がイナータンス管（１）のクランプ部（１１）の
幅方向に亘る部分にのみ巻かれている。この緩衝材
（２）の材料としては、例えばゴム、シリコン等が用い
られる。

【００２３】運転動作次に、本実施形態のパルス管冷凍機の運転動作を説明す
る。圧縮機（Ｃ）の圧縮過程において、ピストンが圧縮
動作をすると、圧縮された作動ガスは接続配管（１０）
を通り、蓄冷器（８）にてその圧縮熱を放熱した後、連
通部（９）を介してパルス管（３）に流入し、このパル
ス管（３）内にある作動ガスを圧縮し、その圧縮熱をパ
ルス管（３）の壁を介して放出する。さらに、作動ガス
は、イナータンス管（１）を通ってバッファ（４）に流
入する。このイナータンス管（１）は慣性力を利用して
該作動ガス圧の位相を制御して、パルス管（３）内に作
動ガスによる仮想的なピストンを形成し、この仮想ピス
トンを圧縮機（Ｃ）からのガス圧によりパルス管（３）
内で往復動させて作動ガスをコールドヘッド内の膨張空
間で膨張させることにより、そのコールドヘッドに極低
温レベルの寒冷を発生させ、その寒冷により上記被冷却
体を同様の極低温レベルの設定温度に冷却するようにな
されている。

【００２４】その後、圧縮機（Ｃ）の膨張過程でピスト
ンが吸引動作すると、作動ガスはバッファ（４）から圧
縮機（Ｃ）側に向かう方向に復帰移動しようとして、バ
ッファ（４）からイナータンス管（１）を通り、パルス
管（３）内で断熱膨張して更に低温化する。この低温と
なった作動ガスは、コールドヘッドを冷却した後に蓄冷
器（８）及び接続配管（１０）を通り圧縮機（Ｃ）に戻
る方向に流れる。

【００２５】上記のような作動ガスの圧縮膨張サイクル
を繰り返すと、圧縮機（Ｃ）の膨張過程前に熱の除去が
行われているためにコールドヘッドに極低温レベルの寒
冷を得ることができる。

【００２６】効果本実施形態のパルス管冷凍機においては、イナータンス
管（１）はクランプ部（１１）の幅方向に亘る部分に緩
衝材（２）が巻かれて圧縮機（Ｃ）の側面に固定支持さ
れている。このため、イナータンス管（１）のループ部
が重なる部分の間に所定の空間（１ａ）を設けるととも
に、振動によりイナータンス管（１）同士が衝突しよう
としても、上記緩衝材（２）によって緩衝されることと
なり振動音の発生を低減することができる。

【００２７】そして、緩衝材（２）をイナータンス管
（１）の上記クランプ部（１１）の幅方向に亘る部分に
のみに巻くことで振動音を低減させることができ、使用
する緩衝材（２）の効率化も図ることができる。（実施形態２）図４は、実施形態２に係るパルス管冷凍
機の側面図を示す（尚、図１〜３と同じ部分については
同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）。上記実
施形態１では、イナータンス管（１）のクランプ部（１
１）の幅方向に亘る部分にのみ緩衝材（２）を巻いたの
に対して、本実施形態では、緩衝材（２）は、イナータ
ンス管（１）のループ部同士が重なる部分の間に亘って
設けられている。

【００２８】上記の構成により、イナータンス管（１）
のループ部同士の接触が避けられる。従って、パルス管
冷凍機の作動に伴って、イナータンス管（１）内を作動
ガスが往復動することにより生じる振動が緩衝材（２）
により抑制され、従来、イナータンス管（１）のループ
部同士が接触することで発生していた振動音を低減する
ことができる。

【００２９】尚、上記各実施形態ではイナータンス管
（１）の支持部材としてクランプ部（１１）を用いた
が、図６に示すような緩衝材（２）と防震用の固定台
（５）とから成る固定部（７）を代わりに用いることが
できる。すなわち、上記各実施形態のクランプ部（１
１）の代わりに上記固定部（７）を用いることで、緩衝
材（２）を介してイナータンス管（１）を支持してイナ
ータンス管（１）の振動を防止し、且つ、イナータンス
管（１）自体の共振周波数を上げることができ、パルス
管冷凍機の運転時のガスの加振によるイナータンス管
（１）の振動から生じる振動音を抑制することができ
る。

【００３０】また、図５に示すように、緩衝材（２）を
イナータンス管（１）の途中部分のみに亘って設けた
り、或いは、イナータンス管（１）と他の部材とが接触
する範囲のみに亘って設けることでイナータンス管
（１）同士の接触、或いはイナータンス管（１）と他の
部材との接触を避けてイナータンス管による騒音を防止
することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、パルス管冷凍機において、イナータンス管の振
動を抑制する振動抑制手段を設けた。そして、請求項２
の発明によると、振動抑制手段は、イナータンス管に巻
かれた緩衝材である。また、請求項３の発明によると、
緩衝材は、イナータンス管のうち該イナータンス管が他
の部材と接触する範囲に亘って巻かれている。これらの
発明により、イナータンス管の振動を抑制し、振動音の
発生を避けることができる。

【００３２】請求項４の発明では、振動抑制手段は、緩
衝材を介してイナータンス管を支持する固定部であるこ
とにより、イナータンス管自体の共振周波数を上げるこ
とができ、パルス管冷凍機の運転時のガスの加振による
イナータンス管の振動から生じる振動音を抑制すること
ができる。

【００３３】請求項５の発明では、イナータンス管は、
ループ状に巻かれたループ部を有しており、振動抑制手
段は、上記イナータンス管のループ部同士が重なる部分
の間に設けられた緩衝材である。このことにより、イナ
ータンス管同士の接触を確実に避けることができ、イナ
ータンス管の振動を低減し、振動音の発生を防止でき
る。

【００３４】請求項６の発明によると、イナータンス管
は、ループ状に巻かれたループ部を有しており、上記イ
ナータンス管のループ部が、緩衝材を介して固定部に支
持されていることにより、上記請求項４と同様の作用効
果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るパルス管冷凍機の正
面図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るパルス管冷凍機の側
面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るクランプ部の断面図
である。

【図４】本発明の実施形態２に係るパルス管冷凍機の側
面図である。

【図５】本発明の他の形態を示すイナータンス管の断面
図である。

【図６】本発明に係る固定部の説明図である。

【図７】パルス管冷凍機の概略断面図である。

【符号の説明】（１）イナータンス管（２）緩衝材（３）パルス管（４）バッファ（７）固定部（８）蓄冷器（９）連通部（１１）クランプ部（Ｃ）圧縮機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機（Ｃ）と、内部空間を有するパル
ス管（３）の一端部とが蓄冷器（８）により接続され、上記パルス管（３）の他端部と、所定容積の内部空間を
有するバッファ（４）とがイナータンス管（１）により
接続されるパルス管冷凍機において、上記イナータンス管（１）の振動を抑制する振動抑制手
段を設けたことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】請求項１のパルス管冷凍機において、振動抑制手段は、イナータンス管（１）に巻かれた緩衝
材（２）であることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項３】請求項２のパルス管冷凍機において、緩衝材（２）は、イナータンス管（１）のうち該イナー
タンス管（１）が他の部材と接触する範囲に亘って巻か
れていることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項４】請求項１のパルス管冷凍機において、振動抑制手段は、緩衝材（２）を介してイナータンス管
（１）を支持する固定部（７）であることを特徴とする
パルス管冷凍機。
【請求項５】請求項１のパルス管冷凍機において、イナータンス管（１）は、ループ状に巻かれたループ部
を有しており、振動抑制手段は、上記イナータンス管（１）のループ部
同士が重なる部分の間に設けられた緩衝材（２）である
ことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項６】請求項４のパルス管冷凍機において、イナータンス管（１）は、ループ状に巻かれたループ部
を有しており、上記イナータンス管（１）のループ部が、緩衝材（２）
を介して固定部（７）に支持されていることを特徴とす
るパルス管冷凍機。