JP2005024239A

JP2005024239A - パルス管冷凍機

Info

Publication number: JP2005024239A
Application number: JP2004271031A
Authority: JP
Inventors: Tama Ri; 瑞李
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】メンテナンス作業の簡素化と時間短縮を実現できるパルス管冷凍機を提供する。
【解決手段】バルブユニット３２とコールドヘッド３３とを接続する４m連結管の両端にセルフシーリング・カップリング１３，１４を設ける。また、バルブユニット３２と圧縮機とを接続する高圧配管３５及び低圧配管３６にもそれぞれセルフシーリング・カップリング３７を設ける。これにより、バルブユニットを取り外し自在としたパルス管冷凍機が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス管冷凍機に関し、特に、そのメンテナンス作業を容易にしたパルス管冷凍機に関する。

各種超伝導磁石装置、各種センサー冷却システム、液化装置、液化ガス再凝縮装置、クライオポンプ、ＭＲＩ診断機器、及び理化学機器などに利用される冷凍機の一つとして、パルス管冷凍機がある。

従来のパルス管冷凍機は、図３に示すように、圧縮機３１、バルブユニット３２、コールドヘット３３、及びバッファータンク３４を有している。

圧縮機３１は、作動ガスを圧縮してコールドヘッド３３へ供給する高圧力源、及びコールドヘッド３３から作動ガスを回収する低圧力源として働く。

バルブユニット３２は、圧縮機３１とコールドヘッド３３との間に接続され、圧縮機３１の高圧配管３５及び低圧配管３６を交互にコールドヘッド３３に連通させる。この結果、コールドヘッド３３に対して、作動ガスの供給と回収が周期的に行なわれる。

コールドヘッド３３は、バルブユニット３２にその高温端側が接続される蓄冷器３３ａと、バッファータンク３４にその高温端側が接続されるパルス管３３ｂと、蓄冷器３３ａ及びパルス管３３ｂの低温端側同士を連結する低温端連結部３３ｃと、これらを収容する真空槽３３ｄとを有している。そして、このコールドヘッド３３は、作動ガスの供給と回収を周期的に受けて、周囲の温度を低下させる。

バッファータンク３４は、パルス管３３ｂから流出する作動ガスを収容して、パルス管３３ｂにおける作動ガスの圧力変動と流速変動との位相差を制御する位相制御機構として働く。なお、位相制御機構は、バッファータンク３４以外にオリフィスを備えることもある。

以上のような構成のパルス管冷凍機は、その目的に応じて主に次に２つの形態のうちのいずれかが採用される。

第１の形態は、コールドヘッドにおける振動を抑えるために、可動部品を有するバルブユニット３２をコールドヘッド３３から離れた位置に設置するというものである。この場合、バルブユニット３２とコールドヘッド３３との間は、数十cmから数mの連結管によって連結される。

第２の形態は、その冷凍能力を最大限に発揮させるために、バルブユニットとコールドヘッドとを一体化し、これらの間の距離を最小にするというものである。

なお、第１の形態、第２の形態のいずれの場合も、小型化を実現するために、バッファータンク３４（及びオリフィス）とコールドヘッド３３とを一体化する場合がある。

従来のパルス冷凍機のメンテナンスは、次のようにして行なわれる。即ち、まず、パルス冷凍機又はパルス冷凍機を備えた装置（超電導装置等）の運転を停止する。そして、その装置からコールドヘッドを取り外し、取り外したコールドヘッドの温度を室温にまで昇温させる。あるいは、装置全体の温度を室温にまで昇温させて、コールドヘッド内部の結露防止などの処理を行なう。それから、必要な箇所に対してメンテナンス作業を行なう。その後、各構成部品のガス置換（内部に侵入した空気を作動ガスに置換）を行ない、冷却を再開する。あるいは、装置の運転を再開する。

上記のメンテナンス作業手順は、例えば、可動部分が摩耗した場合や作動ガス中に不純物（水）が混入してコールドヘッド内で凍結してしまった場合のように、一部の構成部品のみのメンテナンスが必要な場合であっても、定期点検のように全構成部品のメンテナンスが必要な場合であっても、基本的には同じである。

本発明は、バルブユニットのみのメンテナンスを実行できるパルス管冷凍機を提供することを目的とする。

本発明によれば、パルス管を備えたコールドヘッドと、該コールドヘッドに作動ガスを供給し、回収するための圧縮機と、前記コールドヘッドと前記圧縮機との間に接続され、前記作動ガスの供給及び回収を制御するためのバルブユニットと、前記パルス管に接続され、前記作動ガスの圧力変化と流速変化との位相差を制御するためのバッファータンクとを備えたパルス管冷凍機において、前記バルブユニットを取り外し可能としたことを特徴とするパルス管冷凍機が得られる。

本発明によれば、バルブユニットを取り外し可能とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここで、従来と同一のものには同一番号を付し、その説明を省略する。

図１に本発明の第１の実施の形態を示す。図１のパルス管冷凍機は、１段式パルス冷凍機であって、バルブユニット３２とコールドヘッド３３とを接続する連結管として、４m連結管１１を備えている。また、このパルス管冷凍機は、コールドヘッド３３とバッファータンク３４とを接続する連結管として、１m連結管１２を備えている。

４m連結管１１は、例えば、外径６．３５mm、内径４．３５mmのＣｕ管、ＳＵＳ管、あるいは樹脂系チューブであって、その両端には、セルフシーリング・カップリング１３，１４のオスハーフ又はメスハーフが固定されている。バルブユニット３２及びコールドヘッド３３には、それぞれ、４m連結管１１に固定されたセルフシーリング・カップリング１３，１４のオフハーフ又はメスハーフに結合されるメスハーフ又はオスハーフが、直接又は短い連結管を介して固定されている。

また、１m連結管１２は、４m連結管１１と同様、例えば、外径６．３５mm、内径４．３５mmのＣｕ管、ＳＵＳ管、あるいは樹脂系チューブであって、その一端はバッファータンク３４に接続され、他端には、セルフシーリング・カップリング１５のオスハーフ又はメスハーフが固定されている。コールドヘッド３３には、１m連結管１２に固定されたセルフシーリング・カップリング１５のオフハーフ又はメスハーフに結合されるメスハーフ又はオスハーフが、直接又は短い連結管を介して固定されている。

なお、パルス管冷凍機に使用できるセルフシーリング・カップリングとしては、米国エイロクイップ社製（日本では横浜エイロクイップ株式会社より入手可能）のものがある。

このパルス管冷凍機では、バルブユニット３２とコールドヘッド３３との間の距離を約４mとすることができる。それゆえ、バルブユニット３２の設置場所や設置方法などに大きな自由度を持つとともに、バルブユニット３２で発生する振動は、ほとんどコールドヘッド３３には伝わらない。従って、このパルス管冷凍機は、多様な用途に利用することができる。

図１のパルス管冷凍機では、バルブユニット３２内の可動部品に摩耗が生じた場合、次のようにメンテナンスが行なわれる。

まず、パルス管冷凍機の運転を停止する。次に、４m連結管１１とバルブユニット３２との間のセルフシーリング・カップリング１３の結合を解除する。また、バルブユニット３２と圧縮機３１とを接続する高圧配管３５及び低圧配管３６のセルフシーリング・カップリング３７も結合を解除する。これにより、圧縮機３１及びコールドヘッド３３の内部に大気や不純物を侵入させることなく、作動ガスを保持した状態で、バルブユニット３２を取り外すことができる。この後、取り外したバルブユニット３２の分解を行ない、メンテナンス作業を進める。作業終了後、バルブユニット３２の内部の空気を作業ガスで置換し、セルフシーリング・カップリング３７及び１３を結合させて、バルブユニット３２を圧縮機３１とコールドヘッド３３とに接続する。

こうして、本実施の形態では、バルブユニット３２のメンテナンスが行なわれ、パルス管冷凍機の運転の再開が可能になる。

以上のように、本実施の形態によれば、バルブユニット３２のみのメンテナンスを行なうことができる。

また、図１のパルス管冷凍機では、不純物の混入によりコールドヘッド３３のメンテナンスが必要になった場合には、次のようにして行なわれる。

まず、パルス管冷凍機の運転を停止する。そして、コールドヘッド３３と４m連結管１１及び１m連結管１２との間のセルフシーリング・カップリング１４，１５の結合を解除して、コールドヘッド３３を取り外し、昇温させる。そして、コールドヘッドの温度が室温にまで達したならば、それを分解して、蓄冷材の交換や清掃など、必要なメンテナンス作業を行なう。この後、コールドヘッド３３内の空気を作業ガスに置換し、４m連結管１１及び１m連結管１２の各セルフシーリング・カップリング１４，１５の結合を行なう。

以上のようにして、コールドヘッド３３のメンテナンスが行なわれ、パルス管冷凍機の運転再開が可能になる。

コールドヘッド３３のみのメンテナンスを行なう場合には、コールドヘッド３３の昇温工程が必ず必要になる。このため、バルブユニット３２のみのメンテナンスを行なう場合に比べて、メンテナンスに要する時間が長くなる。しかしながら、メンテナンスの対象となる構成部品以外については、その内部が大気に曝されることがないので、大気と作業ガスとの置換等の作業が不要になり、作用工程の簡素化、作業時間の短縮を実現することができる。

次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図２のパルス管冷凍機は、２段式パルス管冷凍機であって、１段目蓄冷器２１ａ、１段目パルス管２１ｂ、１段目低温端連結部２１ｃ、２段目蓄冷器２１ｄ、２段目パルス管２１ｅ、及び２段目低温端連結部２１ｆを備えたコールドヘッド２１と、１段目パルス管２１ｂの高温端に連結管により接続される１段目バッファータンク２２と、２段目パルス管２１ｅの高温端に連結管により接続される２段目バッファータンク２３と、バルブユニット３２とコールドヘッド２１との間を連結する連結管の途中に設けられたセルフシーリング・カップリング２４と、コールドヘッド２１と１段目バッファータンク２２及び２段目バッファータンク２３のそれぞれを接続する連結管の、コールドヘッド２１近傍に設けられたセルフシーリング・カップリング２５，２６とを備えている。

バルブユニット３２とコールドヘッド２１とを接続する連結管は、例えば、外径１２．７mm、内径１０．５mm、長さ２０cmのＣｕ管、ＳＵＳ管、あるいは樹脂チューブからなる連結管であって、そのほぼ中央にセルフシーリング・カップルが設けられている。また、２つのバッファータンク２２，２３とコールドヘッド２１とを接続する連結管は、上記外径及び内径を有する長さ１ｍの連結管である。

本実施の形態のよるパルス管冷凍機においても、第１の実施の形態の場合と同様にして、バルブユニット３２のみのメンテナンスを行なうことができる。

なお、２段式パルス管冷凍機では、バルブユニット３２とコールドヘッド２１とを接続する連結管が長くなると（例えば、１ｍ以上になると）冷凍性能が著しく低下するので、第１の実施例のように、これらの間の距離を大きくすることは避けた方が良い。

本発明の第１の実施の形態によるパルス管冷凍機の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態によるパルス管冷凍機の構成を示す図である。従来のパルス管冷凍機の構成を示す図である。

符号の説明

１１４m連結管
１２１m連結管
１３，１４，１５セルフシーリング・カップリング
２１コールドヘッド
２２１段目バッファータンク
２３２段目バッファータンク
２４，２５，２６セルフシーリング・カップリング
３１圧縮機
３２バルブユニット
３３コールドヘッド
３４バッファータンク
３５高圧配管
３６低圧配管
３７セルフシーリング・カップリング

Claims

パルス管を備えたコールドヘッドと、
該コールドヘッドに作動ガスを供給し、回収するための圧縮機と、
前記コールドヘッドと前記圧縮機との間に接続され、前記作動ガスの供給及び回収を制御するためのバルブユニットと、
前記パルス管に接続され、前記作動ガスの圧力変化と流速変化との位相差を制御するためのバッファータンクとを備えたパルス管冷凍機において、
前記バルブユニットを取り外し可能としたことを特徴とするパルス管冷凍機。
前記バルブユニットの取り外しは、各部の内部に前記作動ガスを保持した状態で可能であることを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。