JP2002286312A - パルス管冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス管における熱伝導のロスが抑えられた
パルス管冷凍機を提供すること。 【解決手段】 本発明のパルス管冷凍機は、作動ガスに
圧力振動を付与する圧力振動発生装置５と、第一蓄冷器
１２と、第一パルス管１５と、を有する第一冷凍部と、
第二蓄冷器２２と、第三蓄冷器２３と、第二パルス管２
６と、を有する第二冷凍部と、熱伝部材２９と、を有
し、第二パルス管２６の高温端２７と第一パルス管１５
の低温端１４とが接続され、かつ第一パルス管１５の高
温端１６に接続された作動ガスの位相を調節する位相調
節機構を有することを特徴とする。本発明のパルス管冷
凍機は、第二パルス管における低温の損失が抑えられ、
冷凍機の冷却効率が向上しているとともに、第二パルス
管の高温端で放出される熱が第一パルス管の低温端にお
いて吸熱されるため、高い冷却効率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパルス管冷凍機に関
し、詳しくは、パルス管における熱損失が抑えられたパ
ルス管冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構成が比較的簡単で到達温度が低
い冷凍機として、パルス管冷凍機が知られている。

【０００３】このパルス管冷凍機の基本的な冷凍原理
は、圧力振動発生装置により作動ガスをパルス管内およ
び蓄冷器内で往復動させるとともに、位相調節機構によ
り作動ガスの往復動と圧力の変化に位相差をもたせるこ
とで、作動ガスに効果的な圧力振動を生じさせ、蓄冷器
の一端で熱を奪い、他端で熱を吐き出す動作を連続的に
行わせ、一端に連結しているコールドヘッドにおいて寒
冷を発生させる。

【０００４】通常のパルス管冷凍機において、必要とさ
れる寒冷が比較的高温でかつ一カ所である場合には、一
段型の冷凍機で十分であるが、必要とされる寒冷が液体
ヘリウム温度域程度の極低温であったり、寒冷発生箇所
が二カ所以上である場合には、パルス管と蓄冷器とを有
する冷凍部を複数備えた多段型のパルス管冷凍機が用い
られる。

【０００５】多段型のパルス管冷凍機の例として、たと
えば、図７に示した二段型パルス管冷凍機がある。

【０００６】図７に示された二段型パルス管冷凍機は、
第一段パルス管冷凍部と、第二段パルス管冷凍部と、熱
伝部材２９と、バイパス２０と、位相調節機構と、から
構成されるパルス管冷凍機である。

【０００７】第一段パルス管冷凍部は、作動ガスを往復
動させる圧縮機５１と、圧縮機５１と接続された管路１
１と、管路１１中にもうけられ管路１１の内部を流れる
作動ガスを制御する開閉弁５４、５５と、管路１１が高
温端に接続された第一蓄冷器１２と、作動ガスが往復動
して寒冷を発生させる第一パルス管１５と、第一蓄冷器
１２と第一パルス管１５の低温端とを接続する管路１３
と、第一パルス管１５の高温端と接続された管路１７
と、管路１７に接続され第一パルス管１５内の作動ガス
を調節するバッファータンク７４、７５と、管路１７中
にもうけられた開閉弁７１、７２と、から構成される。

【０００８】第二パルス管冷凍部は、圧縮機５１と接続
された管路２１と、管路２１中にもうけられ管路２１の
内部を流れる作動ガスを制御する開閉弁５２、５３と、
管路２１が高温端に接続された第二蓄冷器２２と、第二
蓄冷器２２と一体に形成され第二蓄冷器２２の低温端に
高温端が接合した第三蓄冷器２３と、作動ガスが往復動
して寒冷を発生させる第二パルス管２６と、第三蓄冷器
２３の低温端と第二パルス管２６の低温端とを接続する
管路２４と、第二パルス管２６の高温端と接続された管
路２８と、管路２８に接続され第二パルス管２６内の作
動ガスを調節するバッファータンク７４２、７５２、３
１２と、管路２８中にもうけられた開閉弁７１２、７２
２と、オリフィス３３２と、から構成される。

【０００９】熱伝部材２９は、第一蓄冷器１２の低温端
と第二蓄冷器２２の低温端または第三蓄冷器２３の高温
端とを熱的に接続する部材である。

【００１０】バイパス２０は、管路２８と管路２１とを
接続する管路であり、この管路中にもうけられたオリフ
ィス４５０を有する。

【００１１】このパルス管冷凍機は、圧縮機５１およ
び、バッファータンク７４、７５、７４２、７５２、３
１２と開閉弁７１、７２、７１２、７２２、オリフィス
３３２、４５０とからなる位相調節機構によりパルス管
内の作動ガスに圧力振動を付与する。この圧力振動が付
与された作動ガスが、第一パルス管１５の低温端１４お
よび第二パルス管２６の低温端２５が寒冷を生じさせ
る。

【００１２】すなわち、圧縮機５１および位相調節機構
により圧力振動が付与された作動ガスは、第一パルス管
１５および第二パルス管２６の内部で往復動を生じ、パ
ルス管１５、２６の高温端１６、２７は室温に保持さ
れ、低温端１４、２５が４〜７０Ｋの低温に冷却され
る。

【００１３】第一パルス管１５に生じた寒冷は、熱伝部
材２９を介して蓄冷器２３の高温端を冷却する。

【００１４】このパルス管冷凍機は、第一パルス管１５
および第二パルス管２６により、管路２４において極低
温が得られる冷凍機である。

【００１５】しかしながら、従来の二段型パルス管冷凍
機は、第二パルス管２４の低温端と高温端との温度差が
およそ３００Ｋと過大であるため、第二パルス管２４に
おいて高温端２７から低温端２５へ熱が流れ込むという
損失が生じていた。この結果、従来のパルス管冷凍機
は、パルス管冷凍機の冷却効率が低下するという問題を
有していた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、パルス管における熱流入のロ
スが抑えられたパルス管冷凍機を提供することを課題と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者等は第一パルス管の低温端と第二パルス管の
高温端とを接続したパルス管冷凍機とすることで上記課
題を解決できることを見出した。

【００１８】すなわち、本発明のパルス管冷凍機は、作
動ガスに圧力振動を付与する圧力振動発生装置と、高温
端が圧力振動発生装置と接続され内部を作動ガスが通過
する第一蓄冷器と、第一蓄冷器の低温端にその低温端が
接続され圧力振動が付与された作動ガスが内部を往復す
ることで低温端に寒冷が発生する第一パルス管と、を有
する第一冷凍部と、高温端が圧力振動発生装置と接続さ
れ内部を作動ガスが通過する第二蓄冷器と、第二蓄冷器
の低温端に高温端が接続され内部を作動ガスが通過する
第三蓄冷器と、第三蓄冷器の低温端にその低温端が接続
され圧力振動が付与された作動ガスが内部を往復するこ
とで低温端に寒冷が発生する第二パルス管と、を有する
第二冷凍部と、第一蓄冷器の低温端と第二蓄冷器の低温
端または第三蓄冷器の高温端とを熱的に接続する熱伝部
材と、を有し、第二パルス管の高温端と第一パルス管の
低温端とが接続され、かつ第一パルス管の高温端に接続
された作動ガスの位相を調節する位相調節機構を有する
ことを特徴とする。

【００１９】なお、本発明において、それぞれの部材の
接続は、特に記載がない限り、作動ガスが流通可能な状
態で接続される。

【００２０】本発明のパルス管冷凍機は、第一パルス管
の低温端と第二パルス管の高温端とが接続されること
で、第二パルス管の高温端が第一パルス管の低温端に冷
却され、第二パルス管の高温端と低温端との間の温度差
が小さくなっている。この結果、第二パルス管における
低温部への熱流入による損失が抑えられ、本発明のパル
ス管冷凍機の冷却効率が向上している。

【００２１】さらに、本発明のパルス管冷凍機は、第一
パルス管の低温端と第二パルス管の高温端とが接続され
ているため、第二パルス管の高温端で放出される熱が第
一パルス管の低温端において吸熱され、冷却効率が向上
している。

【００２２】通常、第二パルス管の高温端が室温にあ
り、この高温端に接続されている位相調節機構で放熱さ
れている。本発明のパルス管冷凍機は、第二パルス管の
高温端に接続された位相調節機構で放熱されるべき仕事
が第一パルス管へ投入され、結果的には、第一パルス管
の高温端に接続されている位相調節機構で放熱されるこ
とになる。この結果、第二パルス管の高温端での発熱は
なくなり、かつ一つの位相調節機構で第一および第二パ
ルス管からの膨張仕事を吸収、放熱させることができ
る。

【００２３】圧力振動発生装置は、作動ガスに圧力振動
を付与する装置であり、この圧力振動により、作動ガス
がパルス管内で往復動し、パルス管の低温端に寒冷が発
生するようになる。

【００２４】圧力振動発生装置としては、作動ガスに圧
力振動を付与できる装置であれば特に限定されるもので
はなく、従来のパルス管において用いられている装置を
用いることができる。このような装置としては、たとえ
ば、高圧吐出口および低圧吸入口にガス流出入の切り替
えを行う開閉弁がもうけられた圧縮機や、シリンダー室
内で往復動する往復動ピストン等をあげることができ
る。

【００２５】また、圧力振動発生装置により作動ガスに
付与される圧力振動は特に限定されるものではなく、本
発明のパルス管冷凍機の各パルス管が作動ガスの往復動
により低温端に寒冷を発生できるような振動であればよ
い。

【００２６】また、作動ガスは、特に限定されるもので
はなく、従来のパルス管冷凍機において作動ガスとして
用いられているガスを用いることができる。この作動ガ
スとしては、たとえば、ヘリウム、窒素等のガスをあげ
ることができる。

【００２７】第一および第二パルス管は、圧力振動が付
与された作動ガスが内部を往復することで低温端に寒冷
を発生することができるパルス管であれば、特に限定さ
れるものではなく、従来のパルス管冷凍機に用いられて
いるパルス管を用いることができる。

【００２８】第一、第二および第三蓄冷器は、特に限定
されるものではなく、従来のパルス管冷凍機に用いられ
ている蓄冷器を用いることができる。

【００２９】熱伝部材は、第一蓄冷器の低温端と第二蓄
冷器の低温端または第三蓄冷器の高温端とを熱的に接続
した部材である。熱伝部材が熱的に接続することで第三
蓄冷器がより低温に冷却され、冷却効率が向上してい
る。この熱伝部材としては、熱を伝導させることができ
る部材であれば、特に限定されるものではない。好まし
くは、熱伝導度の高い銅などの金属よりなる部材であ
る。

【００３０】第二パルス管の高温端に接続され、作動ガ
スの位相を調節する位相調節機構を有する。すなわち、
本発明のパルス管冷凍機は、第一パルス管と第二パルス
管とが接続されているため、第一および第二パルス管内
の作動ガスの位相を一つの位相調節機構で調節すること
ができる。この結果、位相調節機構を減少でき、本発明
のパルス管冷凍機の構造をコンパクトにできる効果を示
す。

【００３１】位相調節機構は、各パルス管の内部の作動
ガスが圧力振動を付与されるようにもうけられた機構で
ある。この機構は、特に限定されるものではなく、通常
のパルス管冷凍機の位相調節機構を用いることができ
る。たとえば、パルス管の一端に接続されたバッファー
タンクと、パルス管とバッファータンクとの間にもうけ
られた開閉弁およびオリフィスと、からなる装置をあげ
ることができる。

【００３２】三段以上の多段型パルス管冷凍機であるこ
とが好ましい。三段以上の多段型パルス管冷凍機とする
ことで、さらなる極低温が得られ、低温部への熱流入に
よる損失が抑えられる。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明のパルス管冷凍機につい
て、図１〜図６に示された実施形態例１〜６を用いて説
明する。

【００３４】（実施形態例１）実施形態例１は、図１に
構成が示されたパルス管冷凍機である。

【００３５】実施形態例１の二段型パルス管冷凍機は、
圧力振動発生部５と、蓄冷器２２、２３、１２と、パル
ス管と１５、２６と、バッファータンク３１、７４、７
５と、これらの部材を接続する管路と、熱伝部材２９
と、を有する冷凍機である。

【００３６】詳しくは、圧力振動発生部５と、第二冷凍
部と、第一冷凍部と、位相調節機構と、熱伝部材２９
と、を有する冷凍機である。

【００３７】圧力振動発生部５は、コンプレッサー５
１、高圧開閉弁５３、低圧開閉弁５２と、を有する。

【００３８】コンプレッサー５１は、高圧吐出口および
低圧吸入口を備え、低圧吸入口から吸入された作動ガス
を内部で圧縮し、高圧吐出口から吐出する。高圧吐出口
は高圧開閉弁５３を介して管路２１に、低圧吸入口は低
圧開閉弁５２を介して管路２１に接続されている。高圧
開閉弁５３および低圧開閉弁５２の開閉を制御すること
で、コンプレッサー５１は管路２１に圧力振動を有する
作動ガスを供給することができる。

【００３９】第二冷凍部は、第二蓄冷器２２と、第三蓄
冷器２３と、第二パルス管２６と、を有する冷凍部であ
る。

【００４０】第二蓄冷器２２は、管路２１に接続された
円筒状の蓄冷器容器と、蓄冷器容器内に充填された蓄冷
材とから構成されている。また、第二蓄冷器２２の管路
２１と接続されていない他方の端部には、第三蓄冷器２
３が一体に接続されている。第三蓄冷器２３も、第二蓄
冷器２２と同様に、円筒状の蓄冷器容器と、蓄冷器容器
内に充填された蓄冷材とから構成されている。

【００４１】第二パルス管２６は、ステンレス鋼等で製
作された円筒状の中空管よりなり、低温端２５と高温端
２７とを有する。第二パルス管２６は、第三蓄冷器２３
と接続された管路２４が低温端２５に接続されている。

【００４２】第一冷凍部は、第一蓄冷器１２と、第一パ
ルス管１５と、を有する冷凍部である。

【００４３】第一パルス管１５は、第二パルス管２６と
同様に、ステンレス鋼等で製作された円筒状の中空管よ
りなり、低温端１４と高温端１６とを有する。第一パル
ス管１５の低温端１４は、管路２８を介して第二パルス
管２６の高温端２７と接続されている。

【００４４】位相調節機構は、バッファータンク３１、
７４、７５および開閉弁７１、７２、オリフィス３３、
４５を有する機構である。

【００４５】バッファータンク３１、７４、７５は、管
路１７を介して第一パルス管１５の高温端１６に接続さ
れている。なお、管路１７中には、各バッファータンク
３１、７４、７５と第一パルス管１５との間での作動ガ
スの制御を行う開閉弁７１、７２、オリフィス３３、４
５がもうけられている。

【００４６】管路１７および管路２１は、バイパス流路
２０により接続されている。バイパス流路２０には、内
部を流れる作動ガスを制御するオリフィス４５がもうけ
られている。

【００４７】管路２１には管路１１が接続され、この管
路１１を介して第一蓄冷器１２が接続されている。この
第一蓄冷器１２も、第二蓄冷器２２と同様に、円筒状の
蓄冷器容器と、蓄冷器容器内に充填された蓄冷材とから
構成されている。また、管路１１には、流量調節用オリ
フィス１１２がもうけられている。

【００４８】ここで、第一蓄冷器１２は、管路１１と接
続されていない低温端は管路１３を介して管路２８に接
続されている。また、第一蓄冷器１２の管路１３と接続
された低温端は、高い熱伝導性を有する金属等よりなる
熱伝部材２９が熱的に接続され、第一蓄冷器１２の端部
の低温を伝導する。この熱伝部材２９は、第二蓄冷器２
２の低温端に熱的に接続されている。なお、本実施形態
例においては、熱伝部材２９は第二蓄冷器２２の低温端
に接続したが、第三蓄冷器２３の高温端に接続してもよ
い。

【００４９】各部材を接続する管路１１、１３、１７、
２１、２４、２８、４５は、その材質が特に限定される
ものではなく、従来のパルス管冷凍機に用いられた金属
パイプを用いることができる。

【００５０】開閉弁５２、５３、７１、７２は、それぞ
れの開閉弁がもうけられた管路を流れる作動ガスの流量
を制御できる構造を有していればよく、電磁弁であって
も、ロータリー弁であってもよい。開閉弁が電磁弁であ
る場合には、電磁駆動させるための制御手段が必要であ
る。また、開閉弁がロータリー弁である場合には、ロー
タリー弁を駆動させるための駆動手段が必要である。実
験段階等で開閉弁の開閉タイミングを変更させる機会が
多い場合等には電磁弁で構成することが好ましい。ま
た、量産段階のように開閉弁の開閉タイミングが決定し
ている場合にはロータリー弁を用いることが好ましい。

【００５１】実施形態例１のパルス管冷凍機は、第二パ
ルス管２６の高温端２７が第一パルス管１５の低温端１
４と管路２８により作動ガスが流通可能な状態で接続さ
れている。すなわち、実施形態例１のパルス管冷凍機
は、寒冷を生じさせるパルス管が二段となっているた
め、一段のパルス管で寒冷を発生させる場合に比べて、
第一パルス管１５および第二パルス管２６における低温
の損失が減少している。

【００５２】（実施形態例２）実施形態例２は、図２に
構成が示されたパルス管冷凍機である。

【００５３】実施形態例２のパルス管冷凍機は、第一蓄
冷器１２が高圧開閉弁６３および低圧開閉弁６２を有す
る管路１１を介してコンプレッサー６１に接続され、か
つ管路１１と管路１７とがオリフィス４６を有するバイ
パス流路２０５により接続された以外は、実施形態例１
のパルス管冷凍機と同様な構成を有する冷凍機である。

【００５４】すなわち、実施形態例２のパルス管冷凍機
は、第一パルス管１５と第二パルス管２６のそれぞれの
内部の作動ガスが異なるコンプレッサー５１、６１によ
り圧力振動が付与される冷凍機である。

【００５５】実施形態例２のパルス管冷凍機は、パルス
管１５、２６が異なるコンプレッサー５１、６１に接続
されているため、それぞれのパルス管１５、２６におい
て作動ガスの圧力振動を最適条件で振動させることがで
きる。このため、パルス管冷凍機の冷却効率が向上して
いる。

【００５６】この実施形態例２のパルス管冷凍機は、実
施形態例１のパルス管冷凍機と同様の手段で作動させ、
寒冷を得ることができる。

【００５７】（実施形態例３）実施形態例３は、図３に
構成が示されたパルス管冷凍機である。

【００５８】実施形態例３のパルス管冷凍機は、シリン
ダー室４９が区画されたシリンダー４７と、シリンダー
４７の内部を往復動するピストン４８と、ピストン４８
をシリンダー室４９内で往復動させる駆動手段（図示せ
ず）と、からなる圧縮機４０により、作動ガスに圧力振
動が付与される以外は実施形態例１のパルス管冷凍機と
同様な構成を有する冷凍機である。

【００５９】実施形態例３のパルス管冷凍機は、圧縮機
４０により作動ガスに圧力振動が付与される。圧縮機４
は、シリンダー室４９により、最適な掃気容積が確保さ
れている。

【００６０】実施形態例３のパルス管冷凍機は、圧縮機
４により作動ガスに圧力振動が付与される以外は、実施
形態例１と同様であり、実施形態例１のパルス管冷凍機
と同様に作動させ、寒冷を得ることができる。

【００６１】（実施形態例４）実施形態例４は、図４に
構成が示されたパルス管冷凍機である。

【００６２】実施形態例４のパルス管冷凍機は、シリン
ダー室４３、４４が区画された２段シリンダー４１と、
２段シリンダー４１の内部を往復動する２段ピストン４
２と、２段ピストン４２を２段シリンダー４１内で往復
動させる駆動手段（図示せず）と、を有する２段ピスト
ン圧縮機４により、第一冷凍部と第二冷凍部とに供給さ
れる作動ガスに圧力振動が付与される以外は、実施形態
例２のパルス管冷凍機と同様な構成を有する冷凍機であ
る。

【００６３】詳しくは、シリンダー室４３は第二蓄冷器
２２、第三蓄冷器２３を経て第二パルス管２６に、シリ
ンダー室４４は第一蓄冷器１３を経て第一パルス管１５
に接続され、２段ピストン４２が２段シリンダー４１の
内部を往復動することで、各シリンダー室４３、４４中
の作動ガスを各パルス管１５、２６に供給する。すなわ
ち、２段ピストン４２が２段シリンダー４１の内部を往
復動することで、各パルス管１５、２６で作動ガスに圧
力振動を付与できる。

【００６４】実施形態例４のパルス管冷凍機は、２段ピ
ストン圧縮機４を有することで、１本のピストン４２で
各パルス管１５、２６のサイズに最適な掃気容積を確保
できる効果を有する。

【００６５】この実施形態例４のパルス管冷凍機は、実
施形態例１のパルス管冷凍機と同様に作動させ、寒冷を
得ることができる。

【００６６】（実施形態例５）実施形態例５は、図５に
構成が示されたパルス管冷凍機である。

【００６７】実施形態例５のパルス管冷凍機は、シリン
ダー室９３、９４、９５が区画された３段シリンダー９
１と、３段シリンダー９１の内部を往復動する３段ピス
トン９２と、３段ピストン９２を３段シリンダー９１内
で往復動させる駆動手段（図示せず）と、を有する３段
ピストン圧縮機９と、管路１７とシリンダー９１とを連
通するバイパス流路９６と、を有し、第一パルス管１５
と第二パルス管２６とに供給される作動ガスに圧力振動
が付与される以外は、実施形態例１のパルス管冷凍機と
同様な構成を有する冷凍機である。

【００６８】詳しくは、シリンダー室９４は第二蓄冷器
２２の高温端に接続されるとともに第二蓄冷器２２、第
三蓄冷器２３を介して第二パルス管２６に、シリンダー
室９３は第一パルス管１５の高温端に、シリンダー室９
５は蓄冷器１２を介して第一パルス管１５の低温端に、
接続され、３段ピストン９２が３段シリンダー９１の内
部を往復動することで、各シリンダー室９３、９４中の
作動ガスが各パルス管１５、２６に供給する。また、シ
リンダー室９３は第一パルス管１５から作動ガスを排気
させる。

【００６９】すなわち、３段ピストン９２が３段シリン
ダー９１の内部を往復動することで、第一パルス管１５
および第二パルス管２６の内部で作動ガスに圧力振動が
付与される。

【００７０】実施形態例５のパルス管冷凍機は、３段ピ
ストン圧縮機により、１本のピストン９２で多段で最適
な掃気容積を確保できる効果を有する。

【００７１】この実施形態例５のパルス管冷凍機は、実
施形態例１のパルス管冷凍機と同様に作動させ、寒冷を
得ることができる。

【００７２】（実施形態例６）実施形態例６は、図６に
構成が示されたパルス管冷凍機である。

【００７３】実施形態例５のパルス管冷凍機は、実施形
態例１に示されたパルス管冷凍機に第三冷凍部が付加さ
れた構成を有する三段型パルス管冷凍機である。

【００７４】詳しくは、実施形態例５のパルス管冷凍機
は、圧力振動発生部と、第三冷凍部と、第二冷凍部と、
第一冷凍部と、位相調節機構と、熱伝部材２９と、を有
する冷凍機である。

【００７５】圧力振動発生部５は、コンプレッサー５１
と、高圧開閉弁５３１、５３２、５３３と、低圧開閉弁
５２１、５２２、５２３と、を有する。

【００７６】コンプレッサー５１は、高圧吐出口および
低圧吸入口を備え、低圧吸入口から吸入された作動ガス
を内部で圧縮し、高圧吐出口から吐出する。高圧吐出口
は高圧開閉弁５３１、５３２、５３３を介して管路１
１、２１、８１に、低圧吸入口は低圧開閉弁５２１、５
２２、５２３を介して管路１１、２１、８１に接続され
ている。

【００７７】第三冷凍部は、第四蓄冷器８２と、第五蓄
冷器８３と、第六蓄冷器８４と、第三パルス管８７と、
を有する冷凍部である。

【００７８】第四蓄冷器８２は、管路８１に接続された
円筒状の蓄冷器容器と、蓄冷器容器内に充填された蓄冷
材とから構成されている。

【００７９】また、第四蓄冷器８２の管路８１と接続さ
れていない他方の端部には、第五蓄冷器８３が一体に接
続されている。第五蓄冷器８３も、第四蓄冷器８２と同
様に、円筒状の蓄冷器容器と、蓄冷器容器内に充填され
た蓄冷材とから構成されている。

【００８０】さらに、第五蓄冷器８３の第四蓄冷器８２
と接続されていない他方の端部には、第六蓄冷器８４が
一体に接続されている。第六蓄冷器８３も、第四蓄冷器
８２と同様に、円筒状の蓄冷器容器と、蓄冷器容器内に
充填された蓄冷材とから構成されている。

【００８１】第三パルス管８７は、ステンレス鋼等で製
作された円筒状の中空管よりなり、低温端８６と高温端
８８とを有する。第三パルス管８７は、第六蓄冷器８３
と接続された管路８５が低温端８６に接続されている。

【００８２】第二冷凍部は、第二蓄冷器２２と、第三蓄
冷器２３と、第二パルス管２６と、を有する冷凍部であ
る。この第二冷凍部は、実施形態例１のパルス管冷凍機
の第二冷凍部と同様な冷凍部である。

【００８３】第二冷凍部の第二パルス管２６は、低温端
２５と高温端２７とを有し、低温端２５は、管路８９を
介して第三パルス管８７の高温端８８と接続されてい
る。

【００８４】第一冷凍部は、第一蓄冷器１２と、第一パ
ルス管１５と、を有する冷凍部である。この第一冷凍部
は、実施形態例１のパルス管冷凍機の第一冷凍部と同様
な冷凍部である。

【００８５】第一冷凍部の第一パルス管１５は、低温端
１４と高温端１６とを有し、低温端１４は、管路２８を
介して第二パルス管２６の高温端２７と接続されてい
る。

【００８６】位相調節機構は、バッファータンク３１、
オリフィス３３を有する機構である。

【００８７】バッファータンク３１は、管路１７を介し
て第一パルス管１５の高温端１６に接続されている。な
お、管路１７中には、バッファータンク３１と第一パル
ス管１５との間での作動ガスの制御を行うオリフィス３
３がもうけられている。

【００８８】管路１７および管路１１、２１、８１は、
バイパス流路２０１、２０２、２０３により接続されて
いる。バイパス流路２０１、２０２、２０３には、内部
を流れる作動ガスを制御するオリフィス４５１、４５
２、４５３がもうけられている。

【００８９】第一蓄冷器１２は、管路１１と接続されて
いない低温端が管路１３を介して管路２８に接続されて
いる。また、第一蓄冷器１２の管路１３と接続された低
温端は、高い熱伝導性を有する金属等よりなる熱伝部材
２９１が熱的に接続され、第一蓄冷器１２の端部の低温
を伝導する。この熱伝部材２９１は、第二蓄冷器２２の
低温端に熱的に接続されている。なお、本実施形態例に
おいては、熱伝部材２９１は第二蓄冷器２２の低温端に
接続したが、第三蓄冷器２３の高温端に接続してもよ
い。

【００９０】第二蓄冷器２２の第三蓄冷器２３と接続さ
れた低温端は、高い熱伝導性を有する金属等よりなる熱
伝部材２９３が熱的に接続され、第二蓄冷器２２の端部
の低温を伝導する。この熱伝部材２９３は、第四蓄冷器
８２の低温端に熱的に接続されている。なお、本実施形
態例においては、熱伝部材２９３は第四蓄冷器８２の低
温端に接続したが、第五蓄冷器８３の高温端に接続して
もよい。ここで、熱伝部材２９１により伝導された低温
が熱伝部材２９３に伝導される位置に接続されることが
好ましい。

【００９１】第三蓄冷器２３の第二蓄冷器２２と接続さ
れていない低温端が管路２４を介して管路８９に接続さ
れている。また、第三蓄冷器２３の低温端は、高い熱伝
導性を有する金属等よりなる熱伝部材２９２が熱的に接
続され、第三蓄冷器２２の端部の低温を伝導する。この
熱伝部材２９２は、第五蓄冷器８３の低温端に熱的に接
続されている。なお、本実施形態例においては、熱伝部
材２９２は第五蓄冷器８３の低温端に接続したが、第六
蓄冷器８４の高温端に接続してもよい。

【００９２】各部材を接続する管路１１、１３、１７、
２１、２４、２８、８１、８５、８９、２０１、２０
２、２０３や、開閉弁５２１、５２２、５２３、５３
１、５３２、５３３は、実施形態例１に管路や開閉弁と
して用いられた部材を用いることができる。

【００９３】実施形態例６のパルス管冷凍機は、第三パ
ルス管８７の高温端８８が第二パルス管２６の低温端２
５に管路８８により、第二パルス管２６の高温端２７が
第一パルス管１５の低温端１４と管路２８により、作動
ガスが流通可能な状態で接続されている。すなわち、実
施形態例６のパルス管冷凍機は、寒冷を生じさせるパル
ス管が三段となっているため、一段のパルス管で寒冷を
発生させる場合に比べて、第一パルス管１５、第二パル
ス管２６および第三パルス管８７における低温の損失が
減少している。この結果、パルス管１５、２６、８７全
体での低温の損失が減少している。

【００９４】さらに、実施形態例６のパルス管冷凍機
は、第三パルス管８７の高温端８８に接続された位相調
節機構で放熱されるべき仕事が第二パルス管２６に投入
され、第二パルス管２６の高温端２５に接続された位相
調節機構で放熱されるべき仕事が第一パルス管１５へ投
入され、結果的には、第一パルス管１５の高温端１６に
接続されている位相調節機構で放熱されることになる。
この結果、第三パルス管８７および第二パルス管２６の
高温端８８、２７での発熱はなくなり、かつ一つの位相
調節機構で第一、第二および第二パルス管１５、２６、
８７からの膨張仕事を吸収、放熱させることができるた
め極低温が得られる。

【００９５】

【発明の効果】本発明のパルス管冷凍機は、第二パルス
管における低温の損失が抑えられ、冷凍機の冷却効率が
向上しているとともに、第二パルス管の高温端で放出さ
れるべき熱が第一パルス管を経て室温に保持された位相
調節機構で消費されるため、冷却効率が向上している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態例１のパルス管冷凍機の構成を示し
た図である。

【図２】 実施形態例２のパルス管冷凍機の構成を示し
た図である。

【図３】 実施形態例３のパルス管冷凍機の構成を示し
た図である。

【図４】 実施形態例４のパルス管冷凍機の構成を示し
た図である。

【図５】 実施形態例５のパルス管冷凍機の構成を示し
た図である。

【図６】 実施形態例６のパルス管冷凍機の構成を示し
た図である。

【図７】 従来のパルス管冷凍機の構成を示した図であ
る。

【符号の説明】

１２、２２、２３、８２、８３、８４…蓄冷器 １５、２６、８７…パルス管 ２９、２９１、２９２、２９３…熱伝部材 ５…圧力振動発生部 ５１、６１…コンプレッサー ４０、４、９…ピストン圧縮機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動ガスに圧力振動を付与する圧力振動
   発生装置と、 高温端が該圧力振動発生装置と接続され内部を該作動ガ
   スが通過する第一蓄冷器と、該第一蓄冷器の低温端にそ
   の低温端が接続され圧力振動が付与された該作動ガスが
   内部を往復することで該低温端に寒冷が発生する第一パ
   ルス管と、を有する第一冷凍部と、 高温端が該圧力振動発生装置と接続され内部を該作動ガ
   スが通過する第二蓄冷器と、該第二蓄冷器の低温端に高
   温端が接続され内部を該作動ガスが通過する第三蓄冷器
   と、該第三蓄冷器の低温端にその低温端が接続され圧力
   振動が付与された該作動ガスが内部を往復することで該
   低温端に寒冷が発生する第二パルス管と、を有する第二
   冷凍部と、 該第一蓄冷器の該低温端と該第二蓄冷器の該低温端また
   は、該第三蓄冷器の該高温端とを熱的に接続する熱伝部
   材と、を有し、 該第二パルス管の該高温端と該第一パルス管の該低温端
   とが接続され、かつ該第一パルス管の高温端に接続され
   た該作動ガスの位相を調節する位相調節機構を有するこ
   とを特徴とするパルス管冷凍機。
2. 【請求項２】 三段以上の多段型パルス管冷凍機である
   請求項１記載のパルス管冷凍機。