JP2002039639A - パルス管式冷凍機 - Google Patents
パルス管式冷凍機Info
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1406—Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric geometrical arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B2309/1415—Pulse-tube cycles characterised by regenerator details
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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1421—Pulse-tube cycles characterised by details not otherwise provided for
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/13—Vibrations
Landscapes
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高熱伝達量、低温度振動、低機械振動、安定
した性能を有し、且つ、安価なコールドヘッド部を備え
たパルス管式冷凍機を提供する。 【解決手段】 特徴あるコールドヘッド部（２１）を備
えたパルス管式冷凍機であって、特徴あるコールドヘッ
ド部（２１）は、多数の放射状や環状の流体流路溝をも
つ、中心部が円錐形状でその一部が円筒体部（２２−
１）となっており、必要により該コールドヘッド部の上
面平坦部に溶接された溝付き穴あき円板（３６）が設け
られており、必要に応じ作動流体を整流する多数の放射
状や環状の流体流路をもつ流体分配円板（２８）を溶接
接合したパルス管（２４）の低温端の内径部を、または
該流体分配円板（２８）内径部を、前記コールドヘッド
部の円筒体部（２２−１）に低温焼きばめにより嵌入接
合されていることを特徴とする。
した性能を有し、且つ、安価なコールドヘッド部を備え
たパルス管式冷凍機を提供する。 【解決手段】 特徴あるコールドヘッド部（２１）を備
えたパルス管式冷凍機であって、特徴あるコールドヘッ
ド部（２１）は、多数の放射状や環状の流体流路溝をも
つ、中心部が円錐形状でその一部が円筒体部（２２−
１）となっており、必要により該コールドヘッド部の上
面平坦部に溶接された溝付き穴あき円板（３６）が設け
られており、必要に応じ作動流体を整流する多数の放射
状や環状の流体流路をもつ流体分配円板（２８）を溶接
接合したパルス管（２４）の低温端の内径部を、または
該流体分配円板（２８）内径部を、前記コールドヘッド
部の円筒体部（２２−１）に低温焼きばめにより嵌入接
合されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極低温用などに使
用する特徴あるコールドヘッド部を備えたパルス管式冷
凍機に関するものである。
用する特徴あるコールドヘッド部を備えたパルス管式冷
凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に販売されているパルス管冷
凍機のコールドヘッド部は図８に示されるような構造を
有している。即ち、主としてコールドヘッド２１、蓄冷
材２５、パルス管２４、穴あき板３３などで構成され、
蓄冷材２５とパルス管２４とを出入りする流体は、それ
ぞれ穴あき板３３とコールドヘッド２１のメッシュが詰
められた平面部３４を介して熱伝達を行う。
凍機のコールドヘッド部は図８に示されるような構造を
有している。即ち、主としてコールドヘッド２１、蓄冷
材２５、パルス管２４、穴あき板３３などで構成され、
蓄冷材２５とパルス管２４とを出入りする流体は、それ
ぞれ穴あき板３３とコールドヘッド２１のメッシュが詰
められた平面部３４を介して熱伝達を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】後述するように、従来
のこの方式は構造が簡単ではあるが、必ずしも満足すべ
き性能を有しているとは言えない。即ち、この方式にお
ける伝熱に寄与すべき伝熱面積は、必ずしも十分に確保
されず、流体との接触面積が小さく、且つ、整流されて
いないため、総熱伝達量Ｑを確保するには、流体とコー
ルドヘッド面との温度差Δｔを大きくとる必要があり、
これはコールドヘッド部での温度の振動（脈動）が大き
くなる原因となり、熱効率の悪化をもたらすばかりでな
く、機械振動を誘発して装置の寿命にも悪影響をもたら
し、パルス管式冷凍機の冷凍効率を低下させる原因とも
なっていた。
のこの方式は構造が簡単ではあるが、必ずしも満足すべ
き性能を有しているとは言えない。即ち、この方式にお
ける伝熱に寄与すべき伝熱面積は、必ずしも十分に確保
されず、流体との接触面積が小さく、且つ、整流されて
いないため、総熱伝達量Ｑを確保するには、流体とコー
ルドヘッド面との温度差Δｔを大きくとる必要があり、
これはコールドヘッド部での温度の振動（脈動）が大き
くなる原因となり、熱効率の悪化をもたらすばかりでな
く、機械振動を誘発して装置の寿命にも悪影響をもたら
し、パルス管式冷凍機の冷凍効率を低下させる原因とも
なっていた。
【０００４】本発明は、特徴あるコールドヘッド部を用
いることにより、従来の方式における性能を改善し、熱
効率の良い、機械振動の少ない、寿命の長いパルス管式
冷凍機の提供を目的とする。
いることにより、従来の方式における性能を改善し、熱
効率の良い、機械振動の少ない、寿命の長いパルス管式
冷凍機の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、これらの課題
を解決するものであり、作動流体が圧縮機と吸入弁と吐
出弁が配管を介して導通し、あるいは圧縮機構部から放
熱器を介して導通し、蓄冷器の外壁管の低温端で低温度
を発生するパルス管式冷凍機のコールドヘッド部の構造
において、蓄冷器の低温端で蓄冷材の位置を規制し、作
動流体を整流する多数の放射状や環状の流体流路をもつ
コールドヘッドの中心部が円錐形状であり、その一部が
円筒体となる部分をパルス管の内径部に、低温焼きばめ
により嵌入固定した構造を有するコールドヘッド部を備
えたことを特徴とするパルス管式冷凍機である。
を解決するものであり、作動流体が圧縮機と吸入弁と吐
出弁が配管を介して導通し、あるいは圧縮機構部から放
熱器を介して導通し、蓄冷器の外壁管の低温端で低温度
を発生するパルス管式冷凍機のコールドヘッド部の構造
において、蓄冷器の低温端で蓄冷材の位置を規制し、作
動流体を整流する多数の放射状や環状の流体流路をもつ
コールドヘッドの中心部が円錐形状であり、その一部が
円筒体となる部分をパルス管の内径部に、低温焼きばめ
により嵌入固定した構造を有するコールドヘッド部を備
えたことを特徴とするパルス管式冷凍機である。
【０００６】また、前記コールドヘッド部において、多
数の放射状の流体溝をもつ円錐形状体の一部を円筒体形
状とし、この部分をパルス管の低温端に溶接された流体
分配円板の内径部に、あるいはパルス管の内径部に低温
焼ばめにより嵌入固定してパルス管の振動を防ぐように
したものである。
数の放射状の流体溝をもつ円錐形状体の一部を円筒体形
状とし、この部分をパルス管の低温端に溶接された流体
分配円板の内径部に、あるいはパルス管の内径部に低温
焼ばめにより嵌入固定してパルス管の振動を防ぐように
したものである。
【０００７】更に、前記蓄冷器の低温端で蓄冷材の位置
を規制し、作動流体を整流する多数の放射状や環状の流
体流路をもつ流体分配円板をパルス管の低温端に溶接
し、更にその流体分配円板の流体流路のない裏面の平面
部とコールドヘッドの中心部が円錐形状でその周辺部に
多数の放射状や環状の流体流路溝に強制的に作動流体を
流通させる上部に溝付き穴あき円板を溶接したコールド
ヘッド部を備えたものである。
を規制し、作動流体を整流する多数の放射状や環状の流
体流路をもつ流体分配円板をパルス管の低温端に溶接
し、更にその流体分配円板の流体流路のない裏面の平面
部とコールドヘッドの中心部が円錐形状でその周辺部に
多数の放射状や環状の流体流路溝に強制的に作動流体を
流通させる上部に溝付き穴あき円板を溶接したコールド
ヘッド部を備えたものである。
【０００８】更にまた、本発明は、前記パルス管の低温
端に、多数の放射状および環状の流体溝をもち、且つそ
の円周端に形状記憶合金によるネジ、あるいは小スプリ
ング、または双方を複数個埋め込んだ円板状の流体分配
円板を溶接し、この小スプリングやネジによって蓄冷器
の内壁とコールドヘッド部との環状流体流路を確保する
とともに、流体の出入りに伴って発生するパルス管の振
動を防ぐようにしたコールドヘッド部を備えたものであ
る。
端に、多数の放射状および環状の流体溝をもち、且つそ
の円周端に形状記憶合金によるネジ、あるいは小スプリ
ング、または双方を複数個埋め込んだ円板状の流体分配
円板を溶接し、この小スプリングやネジによって蓄冷器
の内壁とコールドヘッド部との環状流体流路を確保する
とともに、流体の出入りに伴って発生するパルス管の振
動を防ぐようにしたコールドヘッド部を備えたものであ
る。
【０００９】また、多数の小球体からなる球状シート型
やマット型の蓄冷材を、あるいはパルス管の外径とほぼ
同じ径の中心に空けられ蓄冷材となる金属メッシュ等を
パルス管のほぼ常温から低温端に接合された流体分配円
板までの間に、多重や多重渦巻き状に巻き付け、または
パルス管を中心にして金属メッシュを多数積層して、こ
れを低熱伝導度の円筒体に挿入した蓄冷器、ならびにコ
ールドヘッド、パルス管を含むクライオスタット部を一
体構造として構成したことを特徴とするパルス管式冷凍
機である。
やマット型の蓄冷材を、あるいはパルス管の外径とほぼ
同じ径の中心に空けられ蓄冷材となる金属メッシュ等を
パルス管のほぼ常温から低温端に接合された流体分配円
板までの間に、多重や多重渦巻き状に巻き付け、または
パルス管を中心にして金属メッシュを多数積層して、こ
れを低熱伝導度の円筒体に挿入した蓄冷器、ならびにコ
ールドヘッド、パルス管を含むクライオスタット部を一
体構造として構成したことを特徴とするパルス管式冷凍
機である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明はコールドヘッド部の中心
を円錐体形状で一部を円筒構造にして、これに無数の作
動流体（以後、流体という）流路を放射状（一部、環
状）に設置して、熱伝達面積を増加させて流体損失を極
小とすると同時に高効率にし、且つ、コールドヘッド部
で流体が、高速で往復移動時でも常に強制的に整流して
温度振動を極小にし、また、パルス管の低温端が蓄冷器
部に嵌入結合、あるいはコールドヘッド部の放射状の流
体流路部の上部とパルス管の低温端に溶接された流体分
配円板とをハンダ、接着剤等を用いて接合することによ
り、機械振動の発生を極小にしたコールドヘッド部を備
えたパルス管式冷凍機である。
を円錐体形状で一部を円筒構造にして、これに無数の作
動流体（以後、流体という）流路を放射状（一部、環
状）に設置して、熱伝達面積を増加させて流体損失を極
小とすると同時に高効率にし、且つ、コールドヘッド部
で流体が、高速で往復移動時でも常に強制的に整流して
温度振動を極小にし、また、パルス管の低温端が蓄冷器
部に嵌入結合、あるいはコールドヘッド部の放射状の流
体流路部の上部とパルス管の低温端に溶接された流体分
配円板とをハンダ、接着剤等を用いて接合することによ
り、機械振動の発生を極小にしたコールドヘッド部を備
えたパルス管式冷凍機である。
【００１１】さらに多数の流路溝が刻まれ、蓄冷材がコ
ールドヘッド部に移動しないようにその位置を規制し、
流体を効率的に分配したり集めたりする流体分配円板に
は、その外周と蓄冷器の内壁との間に流体流路となる環
状の隙間を確保し、且つ、パルス管の振動を防ぐため、
その円周端部には複数の小ネジ、あるいは形状記憶合金
を使用したスプリング、または双方を埋め込み、それら
は蓄冷材が巻かれたパルス管を蓄冷器の円筒に挿入する
ときのガイドとし、また、蓄冷器の内壁と機械的に接触
させる方法を用いている。
ールドヘッド部に移動しないようにその位置を規制し、
流体を効率的に分配したり集めたりする流体分配円板に
は、その外周と蓄冷器の内壁との間に流体流路となる環
状の隙間を確保し、且つ、パルス管の振動を防ぐため、
その円周端部には複数の小ネジ、あるいは形状記憶合金
を使用したスプリング、または双方を埋め込み、それら
は蓄冷材が巻かれたパルス管を蓄冷器の円筒に挿入する
ときのガイドとし、また、蓄冷器の内壁と機械的に接触
させる方法を用いている。
【００１２】なお、上記の複数の小ネジ、あるいは形状
記憶合金を使用する方法は、図３の流路溝の平坦部２２
−７と円筒体部２２−１の直径と同じ直径をもつ中空の
溝付き円板を溶接し、この円板の上部に接着剤、ハンダ
等の接合剤を塗布し、これと蓄冷材が巻かれたパルス管
を蓄冷器の円筒に挿入するとき流体分配円板とを接合す
る。
記憶合金を使用する方法は、図３の流路溝の平坦部２２
−７と円筒体部２２−１の直径と同じ直径をもつ中空の
溝付き円板を溶接し、この円板の上部に接着剤、ハンダ
等の接合剤を塗布し、これと蓄冷材が巻かれたパルス管
を蓄冷器の円筒に挿入するとき流体分配円板とを接合す
る。
【００１３】また、パルス管の流体の出入で発生するパ
ルス管の機械振動を防ぐため、組立時にコールドヘッド
の中心が円錐形状で一部が円筒体部（図３、２２−１）
となるコールドヘッド部全体を液体窒素等で冷却して低
温度にし、円筒体部の直径を数十ミクロンオーダーに小
さくして流体分配円板の内径部に、あるいはパルス管の
内径部に嵌入結合して組み立てた構造である。
ルス管の機械振動を防ぐため、組立時にコールドヘッド
の中心が円錐形状で一部が円筒体部（図３、２２−１）
となるコールドヘッド部全体を液体窒素等で冷却して低
温度にし、円筒体部の直径を数十ミクロンオーダーに小
さくして流体分配円板の内径部に、あるいはパルス管の
内径部に嵌入結合して組み立てた構造である。
【００１４】さらに、多数の小球体からなる球状シート
型やマット型の蓄冷材を、あるいはパルス管の外径とほ
ぼ同じ直径の中心に中空が空けられ蓄冷材となる金属メ
ッシュ等をパルス管のほぼ常温から低温端に接合された
流体分配円板までの間に、多重や多重渦巻き状に巻き付
け、あるいはパルス管を中心にして金属メッシュを多数
枚積層して、これを常温のフランジ部に接合され低温端
にはコールドヘッドが接合された低熱伝導度のパイプに
挿入して蓄冷器その他を一体的な構造で製造できるよう
なコールドヘッド部の構造を有する。
型やマット型の蓄冷材を、あるいはパルス管の外径とほ
ぼ同じ直径の中心に中空が空けられ蓄冷材となる金属メ
ッシュ等をパルス管のほぼ常温から低温端に接合された
流体分配円板までの間に、多重や多重渦巻き状に巻き付
け、あるいはパルス管を中心にして金属メッシュを多数
枚積層して、これを常温のフランジ部に接合され低温端
にはコールドヘッドが接合された低熱伝導度のパイプに
挿入して蓄冷器その他を一体的な構造で製造できるよう
なコールドヘッド部の構造を有する。
【００１５】以下、図面を参照し本発明を詳細に説明す
る。図１（ａ）（ｂ）は、本発明の２種のパルス管式冷
凍機の流路図である。図１（ａ）において、流体圧縮空
間部１、ピストン２、シリンダー３、ピストンリング
４、放熱器５、蓄冷器出入り口６、蓄冷器７、蓄冷器低
温端８、コールドヘッド９、パルス管の低温端出入口１
０、パルス管１１、パルス管出入り口１２、弁、キャピ
ラリー等１３、バッファータンク１４を示す。
る。図１（ａ）（ｂ）は、本発明の２種のパルス管式冷
凍機の流路図である。図１（ａ）において、流体圧縮空
間部１、ピストン２、シリンダー３、ピストンリング
４、放熱器５、蓄冷器出入り口６、蓄冷器７、蓄冷器低
温端８、コールドヘッド９、パルス管の低温端出入口１
０、パルス管１１、パルス管出入り口１２、弁、キャピ
ラリー等１３、バッファータンク１４を示す。
【００１６】流体（Ｈｅ、その他のガス）は、およそ
０.９〜２.５Ｍｐａの圧力で流体圧縮空間部１とバッフ
ァータンク１４との間で圧縮・膨張などの行程を繰り返
せば、コールドヘッド９で低温度が発生することはよく
知られている。また、バッファータンク１４の代わり
に、流体圧縮空間部１の容積よりも数分の１の小さな膨
張空間部を設け、その容積を流体圧縮空間部１よりも、
およそ２０度から９０度早い位相差をつけて可変動作さ
せれば、高効率で低温発生ができることも知られてい
る。
０.９〜２.５Ｍｐａの圧力で流体圧縮空間部１とバッフ
ァータンク１４との間で圧縮・膨張などの行程を繰り返
せば、コールドヘッド９で低温度が発生することはよく
知られている。また、バッファータンク１４の代わり
に、流体圧縮空間部１の容積よりも数分の１の小さな膨
張空間部を設け、その容積を流体圧縮空間部１よりも、
およそ２０度から９０度早い位相差をつけて可変動作さ
せれば、高効率で低温発生ができることも知られてい
る。
【００１７】なお、流体圧縮空間部１と図示しないバッ
ファータンク１４の代わりに膨張空間部とし、その容積
の可変をピストン・シリンダーによる構成・構造のみな
らず、ベローズの伸縮をリニアーモータ、クランクシャ
フト、油圧等の駆動で行う方法もある。またベローズに
よる膨張空間部の可変駆動を流体の圧力差の利用とスプ
リング力の利用も可能である。
ファータンク１４の代わりに膨張空間部とし、その容積
の可変をピストン・シリンダーによる構成・構造のみな
らず、ベローズの伸縮をリニアーモータ、クランクシャ
フト、油圧等の駆動で行う方法もある。またベローズに
よる膨張空間部の可変駆動を流体の圧力差の利用とスプ
リング力の利用も可能である。
【００１８】図１（ｂ）は、図示されていない圧縮機よ
り高圧力の流体を配管で、弁１５を開くことにより、蓄
冷器出入り口６、蓄冷器７、蓄冷器低温端８、コールド
ヘッド９、パルス管の低温端出入口１０、パルス管１
１、パルス管出入り口１２、弁、キャピラリー等１３か
らバッファータンク１４に導入し、次に弁１５を閉じ、
弁１６を開くことにより、系内で低圧力になった流体を
図示されていない圧縮機の低圧側の入り口に戻し、これ
らを繰り返してコールドヘッドにおいて低温を生成する
方式である。１５はバイパスで、ニードル弁、キャピラ
リー等が使用される。
り高圧力の流体を配管で、弁１５を開くことにより、蓄
冷器出入り口６、蓄冷器７、蓄冷器低温端８、コールド
ヘッド９、パルス管の低温端出入口１０、パルス管１
１、パルス管出入り口１２、弁、キャピラリー等１３か
らバッファータンク１４に導入し、次に弁１５を閉じ、
弁１６を開くことにより、系内で低圧力になった流体を
図示されていない圧縮機の低圧側の入り口に戻し、これ
らを繰り返してコールドヘッドにおいて低温を生成する
方式である。１５はバイパスで、ニードル弁、キャピラ
リー等が使用される。
【００１９】本発明は、蓄冷器の低温端とパルス管の低
温端およびコールドヘッド部の構成・構造、ならびに蓄
冷器、パルス管、コールドヘッド部からなるクライオス
タットを一体的に組み立てたものであり、図１（ａ）
（ｂ）の流路系で説明した型式のパルス管冷凍機のコー
ルドヘッド部に共通で適応できるものである。
温端およびコールドヘッド部の構成・構造、ならびに蓄
冷器、パルス管、コールドヘッド部からなるクライオス
タットを一体的に組み立てたものであり、図１（ａ）
（ｂ）の流路系で説明した型式のパルス管冷凍機のコー
ルドヘッド部に共通で適応できるものである。
【００２０】特に蓄冷器の低温端の内部には、特殊な形
状の流体分配円板の設置と、中心部が円錐形状であり、
その一部を円筒体として、それに複数の放射状の流体流
路溝をもつコールドヘッドを改良して温度振動と機械振
動を極小にしたパルス管式冷凍機のコールドヘッド部の
構造である。なお、中心部が円錐形状で多数のフインが
設置されたコールドヘッドは、パルス管の低温端で出入
れする流体抵抗が少なく、伝熱面積も大きくなることか
ら、冷凍出力も大きくなることは、出願人の特許第２８
２４９４６号「断熱型パルス管式冷凍機」や文献で知ら
れているが、本発明は、これをさらに改良したものであ
る。
状の流体分配円板の設置と、中心部が円錐形状であり、
その一部を円筒体として、それに複数の放射状の流体流
路溝をもつコールドヘッドを改良して温度振動と機械振
動を極小にしたパルス管式冷凍機のコールドヘッド部の
構造である。なお、中心部が円錐形状で多数のフインが
設置されたコールドヘッドは、パルス管の低温端で出入
れする流体抵抗が少なく、伝熱面積も大きくなることか
ら、冷凍出力も大きくなることは、出願人の特許第２８
２４９４６号「断熱型パルス管式冷凍機」や文献で知ら
れているが、本発明は、これをさらに改良したものであ
る。
【００２１】図２は本発明を使用した冷凍機のクライオ
スタット部の断面構造を示す図であり、常温のフランジ
１７、蓄冷器への流体出入れ口１８、蓄冷器の外筒の常
温端１９、その低温端２０、それに結合し中心部が円錐
形状部２２で多数の流体流路が設置されたコールドヘッ
ド２１、それに被冷却体を冷却する平面２３、蓄冷器の
中心に同軸状に設置されるパルス管２４、蓄冷材が挿入
され蓄冷器となる空間２５、パルス管の常温端２６、配
管のジョイント２７、Ｏリング２８−１、パルス管が温
度変化で伸縮しても流体の漏洩を防ぐＯリング２８−１
から構成されている。図１で説明した流体圧縮空間部や
圧縮機からの流体６と蓄冷器の常温端１２は、図２では
１８と２７に相当し、低温度はコールドヘッド２１で発
生し被冷却体を平面２３で冷却する。
スタット部の断面構造を示す図であり、常温のフランジ
１７、蓄冷器への流体出入れ口１８、蓄冷器の外筒の常
温端１９、その低温端２０、それに結合し中心部が円錐
形状部２２で多数の流体流路が設置されたコールドヘッ
ド２１、それに被冷却体を冷却する平面２３、蓄冷器の
中心に同軸状に設置されるパルス管２４、蓄冷材が挿入
され蓄冷器となる空間２５、パルス管の常温端２６、配
管のジョイント２７、Ｏリング２８−１、パルス管が温
度変化で伸縮しても流体の漏洩を防ぐＯリング２８−１
から構成されている。図１で説明した流体圧縮空間部や
圧縮機からの流体６と蓄冷器の常温端１２は、図２では
１８と２７に相当し、低温度はコールドヘッド２１で発
生し被冷却体を平面２３で冷却する。
【００２２】図３は、円錐形状部２２等からなる本発明
に使用するコールドヘッド２１の立体的な詳細図であ
る。円錐形状部２２は放射状に多数の流体流路溝２２−
２が切られており、２２−６を中心（頂点）とする円錐
角による冷凍機の効率は、冷凍機の運転周波数が２〜１
０Ｈｚ領域では９０度〜４５度、８〜６０Ｈｚでは５０
度以下という実験的に優れた結果が得られている。円筒
体部２２−１、多数の放射状の流体流路溝２２−２、２
２−３、環状で細い流体流路２２−４、被冷却体を止め
る複数のボルト穴２２−５、円錐形状部２２、円錐部の
中心２２−６からなるコールドヘッド２１は、良熱伝導
体である無酸素銅、純チタン等の材料で一体的に製作さ
れる。
に使用するコールドヘッド２１の立体的な詳細図であ
る。円錐形状部２２は放射状に多数の流体流路溝２２−
２が切られており、２２−６を中心（頂点）とする円錐
角による冷凍機の効率は、冷凍機の運転周波数が２〜１
０Ｈｚ領域では９０度〜４５度、８〜６０Ｈｚでは５０
度以下という実験的に優れた結果が得られている。円筒
体部２２−１、多数の放射状の流体流路溝２２−２、２
２−３、環状で細い流体流路２２−４、被冷却体を止め
る複数のボルト穴２２−５、円錐形状部２２、円錐部の
中心２２−６からなるコールドヘッド２１は、良熱伝導
体である無酸素銅、純チタン等の材料で一体的に製作さ
れる。
【００２３】図４（ａ）は、図３の本発明のコールドヘ
ッドを使用した場合のクライオスタット一部断面図であ
り、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
図６（ａ）は、図４の構造に対し更に蓄冷材２５の位置
を規制し、コールドヘッドと蓄冷材との間を往復移動す
る流体を効率よく集めたり分配し、かつコールドヘッド
の放射状の溝で流体の伝熱効果を高める役目をする流体
分配円板２８が設けられたものである。図６（ｂ）は、
図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
ッドを使用した場合のクライオスタット一部断面図であ
り、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
図６（ａ）は、図４の構造に対し更に蓄冷材２５の位置
を規制し、コールドヘッドと蓄冷材との間を往復移動す
る流体を効率よく集めたり分配し、かつコールドヘッド
の放射状の溝で流体の伝熱効果を高める役目をする流体
分配円板２８が設けられたものである。図６（ｂ）は、
図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００２４】流体分配円板２８は、パルス管２４の低温
端に結合（溶接、銀蝋づけ等）され、放射状に多数の流
体流路２８−１が蓄冷材２５の方向に向いている。これ
は常温部から蓄冷材２５と熱の授受をしながらの流体を
集めて蓄冷器の外筒の内径３１と流体分配円板２８の外
径との差になる、即ち、その隙間が環状の流路溝とな
る。その隙間を一様にするため複数のネジ３２で調整
し、蓄冷材付きパルス管を蓄冷器の外筒１９から２０の
低温端に挿入するときのガイドとする。
端に結合（溶接、銀蝋づけ等）され、放射状に多数の流
体流路２８−１が蓄冷材２５の方向に向いている。これ
は常温部から蓄冷材２５と熱の授受をしながらの流体を
集めて蓄冷器の外筒の内径３１と流体分配円板２８の外
径との差になる、即ち、その隙間が環状の流路溝とな
る。その隙間を一様にするため複数のネジ３２で調整
し、蓄冷材付きパルス管を蓄冷器の外筒１９から２０の
低温端に挿入するときのガイドとする。
【００２５】また、この位置には形状記憶合金によるス
プリングや金属片を複数埋め込み、低温度になると蓄冷
器の低温端２０の内壁と接触して、流体分配円板２８が
流体の衝突でも動かないようになっている。
プリングや金属片を複数埋め込み、低温度になると蓄冷
器の低温端２０の内壁と接触して、流体分配円板２８が
流体の衝突でも動かないようになっている。
【００２６】この蓄冷器の低温端２０の内壁との間で形
成する環状の流路溝３５は、往復動する流体の流路距離
を長くして熱伝達面積を増やため、コールドヘッド２１
の円周端から複数の放射状、ならびに環状に設置された
流路溝２２−１、２２−２、２２−３、２２−４ならび
に円錐形状体２２の中心２２−６までをより効果的に利
用するようにした。この結果、パルス管の低温端と蓄冷
器の低温端との間を往復動する流体は、常に決められた
コールドヘッド２１の流路溝を強制的に流れるため、
（１）式で示す伝熱係数αが高く、冷凍温度は安定して
いる。
成する環状の流路溝３５は、往復動する流体の流路距離
を長くして熱伝達面積を増やため、コールドヘッド２１
の円周端から複数の放射状、ならびに環状に設置された
流路溝２２−１、２２−２、２２−３、２２−４ならび
に円錐形状体２２の中心２２−６までをより効果的に利
用するようにした。この結果、パルス管の低温端と蓄冷
器の低温端との間を往復動する流体は、常に決められた
コールドヘッド２１の流路溝を強制的に流れるため、
（１）式で示す伝熱係数αが高く、冷凍温度は安定して
いる。
【００２７】
【実施例】実施例１．本発明に使用するコールドヘッド
部の１実施例である図３において、放射状の溝の外径
（蓄冷器外筒の低温端２０の内壁径）を２０ｍｍφと
し、溝深さ１.６ｍｍ、その巾を１.０ｍｍ、溝の数を２
６個、環状溝２２−４の外径を１２ｍｍφ、円筒体部２
２−１の外径を１０ｍｍφ、その巾、２２−９と２２−
１０を約４ｍｍ、円錐角を６０度とすると、流路溝２２
−２、２２−３の伝熱面積は、円周端からの放射状の溝
の面積は、１ｍｍ（Ｗ）×４（Ｌ）×２６（ｎ）＝１０
４ｍｍ2 、１．６（深さ）×２×４×２６＝３３２．８
ｍｍ2 、環状溝の面積はπを３．１４とすると、６．０
2 π−５．０2 π＝３４．５ｍｍ2 で合計４７１．３ｍ
ｍ2 となり、さらに円錐体部２２や円筒体部２２−１、
２２−２の表面積や流路面積を加えれば、およそこの倍
の面積となる。なお、コールドヘッドおよび流体分配円
板２８における、０.６〜１.６ｍｍ巾と極めて狭い流路
溝の加工は、放電加工、超精密のミーリング加工等で製
作される。
部の１実施例である図３において、放射状の溝の外径
（蓄冷器外筒の低温端２０の内壁径）を２０ｍｍφと
し、溝深さ１.６ｍｍ、その巾を１.０ｍｍ、溝の数を２
６個、環状溝２２−４の外径を１２ｍｍφ、円筒体部２
２−１の外径を１０ｍｍφ、その巾、２２−９と２２−
１０を約４ｍｍ、円錐角を６０度とすると、流路溝２２
−２、２２−３の伝熱面積は、円周端からの放射状の溝
の面積は、１ｍｍ（Ｗ）×４（Ｌ）×２６（ｎ）＝１０
４ｍｍ2 、１．６（深さ）×２×４×２６＝３３２．８
ｍｍ2 、環状溝の面積はπを３．１４とすると、６．０
2 π−５．０2 π＝３４．５ｍｍ2 で合計４７１．３ｍ
ｍ2 となり、さらに円錐体部２２や円筒体部２２−１、
２２−２の表面積や流路面積を加えれば、およそこの倍
の面積となる。なお、コールドヘッドおよび流体分配円
板２８における、０.６〜１.６ｍｍ巾と極めて狭い流路
溝の加工は、放電加工、超精密のミーリング加工等で製
作される。
【００２８】この値を従来のもの、即ち、図６に示され
る従来一般に販売されているパルス管冷凍機のコールド
ヘッド部の構造のものと比較すれば、従来のものにおい
て、蓄冷材２５とパルス管２４とを出入りする流体は、
それぞれ穴あき板３３を３４のコールドヘッド２１のメ
ッシュが詰められた平面部３４を介して流出入が行わ
れ、蓄冷器の内壁の寸法を同じく２０ｍｍφとすると、
伝達面積は１０2 πで約３１４ｍｍ2 となり、この面積
は本発明のコールドヘッドの円周端部のみの流路面積４
７１．３ｍｍ2 の約０．６６となり、さらに実際には
０．３３位程度となる。即ち、本発明におけるコールド
ヘッド部の伝達面積が極めて大きくなることがわかる。
る従来一般に販売されているパルス管冷凍機のコールド
ヘッド部の構造のものと比較すれば、従来のものにおい
て、蓄冷材２５とパルス管２４とを出入りする流体は、
それぞれ穴あき板３３を３４のコールドヘッド２１のメ
ッシュが詰められた平面部３４を介して流出入が行わ
れ、蓄冷器の内壁の寸法を同じく２０ｍｍφとすると、
伝達面積は１０2 πで約３１４ｍｍ2 となり、この面積
は本発明のコールドヘッドの円周端部のみの流路面積４
７１．３ｍｍ2 の約０．６６となり、さらに実際には
０．３３位程度となる。即ち、本発明におけるコールド
ヘッド部の伝達面積が極めて大きくなることがわかる。
【００２９】また、熱伝達量をＱとすれば、熱伝達量Ｑ
は次式で表される。即ち、 Ｑ＝α・△ｔ・Ａ ここで、Ｑ：熱伝達量（Ｗ）、α：熱伝達係数、△ｔ：
流体とコールドヘッド面との温度差、Ａ：コールドヘッ
ドの流体と濡れる全面積である。
は次式で表される。即ち、 Ｑ＝α・△ｔ・Ａ ここで、Ｑ：熱伝達量（Ｗ）、α：熱伝達係数、△ｔ：
流体とコールドヘッド面との温度差、Ａ：コールドヘッ
ドの流体と濡れる全面積である。
【００３０】本発明の実施例と上記従来例でこれを比較
すれば、双方のコールドヘッドの形状において、必要と
する熱伝達量Ｑを一定とすると、図６の構造のＡの面積
は小さいため、必然的に△ｔが大きくなければならな
い。これは、コールドヘッド部での温度による振動（脈
動）が大きくなる原因となることを示す。
すれば、双方のコールドヘッドの形状において、必要と
する熱伝達量Ｑを一定とすると、図６の構造のＡの面積
は小さいため、必然的に△ｔが大きくなければならな
い。これは、コールドヘッド部での温度による振動（脈
動）が大きくなる原因となることを示す。
【００３１】また、αは流体との接触条件で異なる熱伝
達係数であるが、強制的に整流されない構造では、その
値は非常に小さい。特にコールドヘッドの流体との濡れ
面３４にメッシュが挿入されている場合、この濡れ面を
往復動する流体は、毎回この部分でランダムの流れとな
り、αも不安定なものとなる。
達係数であるが、強制的に整流されない構造では、その
値は非常に小さい。特にコールドヘッドの流体との濡れ
面３４にメッシュが挿入されている場合、この濡れ面を
往復動する流体は、毎回この部分でランダムの流れとな
り、αも不安定なものとなる。
【００３２】これによりパルス管の低温端で流体の出入
りに伴って発生していた温度振動は、コールドヘッド２
１の平面２３で測定した市販のパルス管冷凍機では、運
転周波数２Ｈｚで最低到達温度６０Ｋで±０．１Ｋ、機
械振動は±１．０μｍとなり、これに比較して本発明で
は、温度振動は±０．０５Ｋ以下、機械振動も±０．２
μｍ以下となった。なお、温度振動の測定は、平面２３
に精密温度計を付け、冷凍出力をゼロにして最低到達温
度の状態で測定した。
りに伴って発生していた温度振動は、コールドヘッド２
１の平面２３で測定した市販のパルス管冷凍機では、運
転周波数２Ｈｚで最低到達温度６０Ｋで±０．１Ｋ、機
械振動は±１．０μｍとなり、これに比較して本発明で
は、温度振動は±０．０５Ｋ以下、機械振動も±０．２
μｍ以下となった。なお、温度振動の測定は、平面２３
に精密温度計を付け、冷凍出力をゼロにして最低到達温
度の状態で測定した。
【００３３】なお、図１（ｂ）の流路系で従来の構造と
本発明の構造とを冷凍出力で比較した場合、図８の従来
のものでは冷凍温度８０Ｋで冷凍出力は５Ｗであった
が、本発明では６．５Ｗと高い冷凍出力が得られた。な
お、双方の圧縮機の入力は、それぞれ約７５０Ｗであっ
た。
本発明の構造とを冷凍出力で比較した場合、図８の従来
のものでは冷凍温度８０Ｋで冷凍出力は５Ｗであった
が、本発明では６．５Ｗと高い冷凍出力が得られた。な
お、双方の圧縮機の入力は、それぞれ約７５０Ｗであっ
た。
【００３４】実施例２．図５、および図６は、本発明の
コールドヘッド部の他の実施例を示す。これは前記図３
および図４において、さらに流体分配円板２８が追加さ
れた構成となっている。即ち、２２ー１はコールドヘッ
ドの円筒体部であるが、この直径はパルス管２４や、ま
たは多数の流体溝をもち、ステンレススチール等の材料
による流体分配円板２８の内径３０が、例えば１０ｍｍ
φ±０．０２ｍｍの場合、これを１０．１ｍｍφで製作
し、さらにコールドヘッド２１を液体窒素（１気圧で沸
点７７．３Ｋ）で１００Ｋ以下に冷却すると９．９ｍｍ
φのオーダーになる。この直径になったときパルス管２
４の外周に、蓄冷材、低温端には流体分配円板２８を取
り付けた常温の状態で、蓄冷器の常温端１９と低温端２
０をもつ外筒に嵌入し固定する。
コールドヘッド部の他の実施例を示す。これは前記図３
および図４において、さらに流体分配円板２８が追加さ
れた構成となっている。即ち、２２ー１はコールドヘッ
ドの円筒体部であるが、この直径はパルス管２４や、ま
たは多数の流体溝をもち、ステンレススチール等の材料
による流体分配円板２８の内径３０が、例えば１０ｍｍ
φ±０．０２ｍｍの場合、これを１０．１ｍｍφで製作
し、さらにコールドヘッド２１を液体窒素（１気圧で沸
点７７．３Ｋ）で１００Ｋ以下に冷却すると９．９ｍｍ
φのオーダーになる。この直径になったときパルス管２
４の外周に、蓄冷材、低温端には流体分配円板２８を取
り付けた常温の状態で、蓄冷器の常温端１９と低温端２
０をもつ外筒に嵌入し固定する。
【００３５】嵌入し固定した状態の断面図は図６（ａ）
であり、図６（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を示す。流体分配円
板２８の裏面平面が直接コールドヘッド２１の上面上に
重ねられる。なお、コールドヘッド２１の上面は、多数
の放射状の流路溝２２−２、２２−３を形成する多数の
平面部２２−７の上に銅板などによる円溝３６−１が切
られ、中心部が２２−１と同直径の穴あき円板３６を接
合されている。
であり、図６（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を示す。流体分配円
板２８の裏面平面が直接コールドヘッド２１の上面上に
重ねられる。なお、コールドヘッド２１の上面は、多数
の放射状の流路溝２２−２、２２−３を形成する多数の
平面部２２−７の上に銅板などによる円溝３６−１が切
られ、中心部が２２−１と同直径の穴あき円板３６を接
合されている。
【００３６】これにより流路溝の面積は、穴あき円板３
６の裏面の１ｍｍ（Ｗ）×４（Ｌ）×２６（ｎ）＝１０
４ｍｍ2 が増え、先の４７１．３ｍｍ2 が５７５．３ｍ
ｍ2と増加する。この穴あき円板３６の上部にパルス管
２４の低温端に付けられた流体分配円板２８をハンダ、
接着材等で接合する。この結果、整流された流体による
流路面積が大幅に増え、温度振動がさらに少なくなると
共に、パルス管とコールドヘッドが接合されることによ
り機械振動も低減される。
６の裏面の１ｍｍ（Ｗ）×４（Ｌ）×２６（ｎ）＝１０
４ｍｍ2 が増え、先の４７１．３ｍｍ2 が５７５．３ｍ
ｍ2と増加する。この穴あき円板３６の上部にパルス管
２４の低温端に付けられた流体分配円板２８をハンダ、
接着材等で接合する。この結果、整流された流体による
流路面積が大幅に増え、温度振動がさらに少なくなると
共に、パルス管とコールドヘッドが接合されることによ
り機械振動も低減される。
【００３７】図７は、本発明のパルス管式冷凍機のクラ
イオスタットに使用される、マット型蓄冷材をパルス管
に巻いた蓄冷器の概念図である。このパルス管に図６
（ａ）の流体分配円板２８を接合し、低温度にしたコー
ルドヘッドの円筒体部２２−１に低温焼きばめして結合
する。蓄冷材としてシート型や多数枚積層した金属メッ
シュを使用することも可能である。
イオスタットに使用される、マット型蓄冷材をパルス管
に巻いた蓄冷器の概念図である。このパルス管に図６
（ａ）の流体分配円板２８を接合し、低温度にしたコー
ルドヘッドの円筒体部２２−１に低温焼きばめして結合
する。蓄冷材としてシート型や多数枚積層した金属メッ
シュを使用することも可能である。
【００３８】なお、本発明のコールドヘッド部の構成・
構造である図２のパルス管２４を、膨張機やディスプレ
ーサのシリンダに転用し、そのピストンの先端構造を、
コールドヘッド部の円錐体とは逆の凹形状にすれば、ギ
フォード・マクマホンサイクルやスターリングサイクル
などの高熱伝達効率のコールドヘッドとすることが可能
である。本発明のコールドヘッド部は熱的にも流体的に
も好ましい形状・構造を有しており、高い効率の冷凍機
を提供できる。
構造である図２のパルス管２４を、膨張機やディスプレ
ーサのシリンダに転用し、そのピストンの先端構造を、
コールドヘッド部の円錐体とは逆の凹形状にすれば、ギ
フォード・マクマホンサイクルやスターリングサイクル
などの高熱伝達効率のコールドヘッドとすることが可能
である。本発明のコールドヘッド部は熱的にも流体的に
も好ましい形状・構造を有しており、高い効率の冷凍機
を提供できる。
【００３９】
【発明の効果】本発明の特徴あるコールドヘッド部を備
えたパルス管式冷凍機は、次の効果を有する。 １．コールドヘッド部が、中心は円錐形状体で多数の放
射状、並びに環状の流路溝を設置し、流体を強制的にこ
の流路溝を流すようにした伝熱面積の大きなコールドヘ
ッド部構造を備えており、パルス管と蓄冷器とを往復移
動する流体の抵抗は極めて少なく、温度振動も極小で高
効率の冷凍機が提供できる。また、コールドヘッドの中
心が円錐形状のため高速でパルス管を出入りする流体の
抵抗は極めて少ないため、圧縮機の損失を小さくするこ
とができる。
えたパルス管式冷凍機は、次の効果を有する。 １．コールドヘッド部が、中心は円錐形状体で多数の放
射状、並びに環状の流路溝を設置し、流体を強制的にこ
の流路溝を流すようにした伝熱面積の大きなコールドヘ
ッド部構造を備えており、パルス管と蓄冷器とを往復移
動する流体の抵抗は極めて少なく、温度振動も極小で高
効率の冷凍機が提供できる。また、コールドヘッドの中
心が円錐形状のため高速でパルス管を出入りする流体の
抵抗は極めて少ないため、圧縮機の損失を小さくするこ
とができる。
【００４０】２．コールドヘッド部において、多数の放
射状の流体溝をもつ円錐形状体の一部を円筒体形状と
し、この部分をパルス管の低温端につけられた流体分配
円板の内径部に、あるいはパルス管の内径部に低温にし
て嵌入し、固定することにより、流体とコールドヘッド
との熱伝達効率は極めて良好となり、また、機械振動の
発生を極めて少なくすることができる。
射状の流体溝をもつ円錐形状体の一部を円筒体形状と
し、この部分をパルス管の低温端につけられた流体分配
円板の内径部に、あるいはパルス管の内径部に低温にし
て嵌入し、固定することにより、流体とコールドヘッド
との熱伝達効率は極めて良好となり、また、機械振動の
発生を極めて少なくすることができる。
【００４１】３．また、前記流体分配円板の流体流路の
ない裏面の平面部とコールドヘッドの中心部が円錐形状
でその周辺部に多数の放射状や環状の流体流路溝に強制
的に作動流体を流通させる上部に溝付き穴あき円板とを
溶接し、より確実に熱伝達効率を向上させ、より安定的
に機械振動の発生を少なくすることができる。
ない裏面の平面部とコールドヘッドの中心部が円錐形状
でその周辺部に多数の放射状や環状の流体流路溝に強制
的に作動流体を流通させる上部に溝付き穴あき円板とを
溶接し、より確実に熱伝達効率を向上させ、より安定的
に機械振動の発生を少なくすることができる。
【００４２】４．円板状の前記流体分配円板の円周端に
形状記憶合金によるネジ、あるいは小スプリング、また
は双方を複数個埋め込み、この小スプリングやネジによ
って蓄冷器の内壁とコールドヘッド部との環状流体流路
を確保することにより、流体の出入りに伴って発生する
パルス管の振動を確実に防ぐことができる。
形状記憶合金によるネジ、あるいは小スプリング、また
は双方を複数個埋め込み、この小スプリングやネジによ
って蓄冷器の内壁とコールドヘッド部との環状流体流路
を確保することにより、流体の出入りに伴って発生する
パルス管の振動を確実に防ぐことができる。
【００４３】５．多数の小球体からなる球状シート型や
マット型の蓄冷材、金属メッシュ等を、パルス管に多重
や多重渦巻き状に巻き付け、または積層した蓄冷器、な
らびにコールドヘッド、パルス管を含む一体構造クライ
オスタット部としたことにより、極めて流量抵抗の少な
い、しかも高い熱伝達効率をもち、且つ、安定した高寿
命のパルス管式冷凍機を得ることができる。
マット型の蓄冷材、金属メッシュ等を、パルス管に多重
や多重渦巻き状に巻き付け、または積層した蓄冷器、な
らびにコールドヘッド、パルス管を含む一体構造クライ
オスタット部としたことにより、極めて流量抵抗の少な
い、しかも高い熱伝達効率をもち、且つ、安定した高寿
命のパルス管式冷凍機を得ることができる。
【００４４】６．本発明のコールドヘッド部の構成を応
用することにより、部品数が少なく、組み立てが容易
で、軽量コンパクトな、また温度および機械振動が極わ
めて少なく、且つ、高い信頼性を有する他の冷凍機を低
価格で提供できる効果もある。
用することにより、部品数が少なく、組み立てが容易
で、軽量コンパクトな、また温度および機械振動が極わ
めて少なく、且つ、高い信頼性を有する他の冷凍機を低
価格で提供できる効果もある。
【図１】（ａ） 本発明のパルス管式冷凍機の流路図で
ある。 （ｂ） 本発明の他のパルス管式冷凍機の流路図であ
る。
ある。 （ｂ） 本発明の他のパルス管式冷凍機の流路図であ
る。
【図２】 本発明のパルス管式冷凍機のクライオスタッ
ト部の断面構造を示す図である。
ト部の断面構造を示す図である。
【図３】 本発明のコールドヘッド部の１実施例の立体
的な詳細図である。
的な詳細図である。
【図４】（ａ） 本発明のコールドヘッド部の１実施例
を使用した場合のクライオスタット一部断面図である。 （ｂ） 図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
を使用した場合のクライオスタット一部断面図である。 （ｂ） 図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 本発明のコールドヘッド部の他の実施例の立
体的な詳細図である。
体的な詳細図である。
【図６】（ａ） 本発明のコールドヘッド部の他の実施
例を使用した場合のクライオスタット一部断面図であ
る。 （ｂ） 図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
例を使用した場合のクライオスタット一部断面図であ
る。 （ｂ） 図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】 マット型蓄冷材をパルス管に巻いた蓄冷器の
概念図である。
概念図である。
【図８】（ａ） 従来のパルス管冷凍機のコールドヘッ
ド部の構造を示す図である。 （ｂ） 図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
ド部の構造を示す図である。 （ｂ） 図８（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
１ 流体圧縮空間部、２ ピストン、３ シリンダ、４
ピストンリング、５放熱器、６ 蓄冷器出入り口、７
蓄冷器、８ 蓄冷器低温端、９ コールドヘッド、１
０ パルス管の低温端出入口、１１ パルス管、１２
パルス管出入り口、１３ キャピラリ、１４ バッファ
ータンク、１５ 弁、１６ 弁、１７常温のフランジ、
１８ 流体出入れ口、１９ 蓄冷器の外筒の常温端、２
０ 蓄冷器の外筒の低温端、２１ コールドヘッド、２
２ 円錐形状部、２２−１ 円筒体部、２３ 冷却平
面、２４ パルス管、２５ 蓄冷材が挿入される空間、
２６ パルス管の常温端、２７ 配管のジョイント、２
８ 流体分配円板、２８−１ Ｏリング、３３ 穴あき
板、１１１ 流体、１１２ パルス管、１１３ 断熱
膜、１１４ セラミックス繊維、１１５ 蓄冷金属線、
１１６ 細糸。
ピストンリング、５放熱器、６ 蓄冷器出入り口、７
蓄冷器、８ 蓄冷器低温端、９ コールドヘッド、１
０ パルス管の低温端出入口、１１ パルス管、１２
パルス管出入り口、１３ キャピラリ、１４ バッファ
ータンク、１５ 弁、１６ 弁、１７常温のフランジ、
１８ 流体出入れ口、１９ 蓄冷器の外筒の常温端、２
０ 蓄冷器の外筒の低温端、２１ コールドヘッド、２
２ 円錐形状部、２２−１ 円筒体部、２３ 冷却平
面、２４ パルス管、２５ 蓄冷材が挿入される空間、
２６ パルス管の常温端、２７ 配管のジョイント、２
８ 流体分配円板、２８−１ Ｏリング、３３ 穴あき
板、１１１ 流体、１１２ パルス管、１１３ 断熱
膜、１１４ セラミックス繊維、１１５ 蓄冷金属線、
１１６ 細糸。
Claims (5)
- 【請求項１】 作動流体が圧縮機と吸入弁と吐出弁が配
管を介して導通し、あるいは圧縮機構部から放熱器を介
して導通し、蓄冷器の外壁管の低温端で低温度を発生す
るパルス管式冷凍機のコールドヘッド部の構造におい
て、蓄冷器の低温端で蓄冷材の位置を規制し、作動流体
を整流する多数の放射状や環状の流体流路をもつコール
ドヘッドの中心部が円錐形状であり、その一部が円筒体
となる部分をパルス管の内径部に、低温焼きばめにより
嵌入固定した構造を有するコールドヘッド部を備えたこ
とを特徴とするパルス管式冷凍機。 - 【請求項２】 前記コールドヘッド部において、多数の
放射状の流体溝をもつ円錐形状体の一部を円筒体形状と
し、この部分をパルス管の低温端に溶接された流体分配
円板の内径部に、あるいはパルス管の内径部に低温焼ば
めにより嵌入固定してパルス管の振動を防ぐようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のパルス管式冷凍機。 - 【請求項３】 前記蓄冷器の低温端で蓄冷材の位置を規
制し、作動流体を整流する多数の放射状や環状の流体流
路をもつ流体分配円板をパルス管の低温端に溶接し、さ
らにその流体分配円板の流体流路のない裏面の平面部と
コールドヘッドの中心部が円錐形状でその周辺部に多数
の放射状や環状の流体流路溝に強制的に作動流体を流通
させる上部に溝付き穴あき円板を溶接したコールドヘッ
ド部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の
パルス管式冷凍機。 - 【請求項４】 前記パルス管の低温端に、多数の放射状
および環状の流体溝をもち、且つその円周端に形状記憶
合金によるネジ、あるいは小スプリング、または双方を
複数個埋め込んだ円板状の流体分配円板を溶接し、この
小スプリングやネジによって蓄冷器の内壁とコールドヘ
ッド部との環状流体流路を確保するとともに、流体の出
入りに伴って発生するパルス管の振動を防ぐようにした
コールドヘッド部を備えたことを特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載のパルス管式冷凍機。 - 【請求項５】 多数の小球体からなる球状シート型やマ
ット型の蓄冷材を、あるいはパルス管の外径とほぼ同じ
径の中心に空けられ蓄冷材となる金属メッシュ等をパル
ス管のほぼ常温から低温端に接合された流体分配円板ま
での間に、多重や多重渦巻き状に巻き付け、またはパル
ス管を中心にして金属メッシュを多数積層して、これを
低熱伝導度の円筒体に挿入した蓄冷器、ならびにコール
ドヘッド、パルス管を含むクライオスタット部を一体構
造として構成したことを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載のパルス管式冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000221156A JP2002039639A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | パルス管式冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000221156A JP2002039639A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | パルス管式冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002039639A true JP2002039639A (ja) | 2002-02-06 |
Family
ID=18715622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000221156A Pending JP2002039639A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | パルス管式冷凍機 |
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| JP (1) | JP2002039639A (ja) |
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