JP2006284061A - Pulse pipe refrigerating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はパルス管冷凍機に係り、特にパルス管の端部に熱交換器が配設されるパルス管冷凍機に関する。 The present invention relates to a pulse tube refrigerator, and more particularly to a pulse tube refrigerator in which a heat exchanger is disposed at an end of a pulse tube.
一般に、パルス管冷凍機は、圧力振動発生器、蓄冷器、パルス管、位相制御機構等により構成されている。このパルス管冷凍機は、GM冷凍機やスターリング冷凍機に比べて静粛性に優れているため、核磁気共鳴診断装置(NMR)や電子顕微鏡等の各種検査・分析器の冷却装置として適用が期待されている。 In general, the pulse tube refrigerator includes a pressure vibration generator, a regenerator, a pulse tube, a phase control mechanism, and the like. This pulse tube refrigerator is superior in quietness compared to GM refrigerators and Stirling refrigerators, so it is expected to be applied as a cooling device for various inspection / analyzers such as nuclear magnetic resonance diagnostic equipment (NMR) and electron microscopes. Has been.
図8に公知のダブルインレット型パルス管冷凍機を示す。同図において、ヘリウム圧縮機1,高圧弁3a,及び高圧弁3bは圧力振動発生器を構成する。高圧弁3aはヘリウム圧縮機1の高圧ガスの出力側に配設されており、また低圧弁3bはヘリウム圧縮機1のガス回収側に配設されている。この圧力振動発生器は、蓄冷器2の高温部2aに接続されている。そして、高圧弁3a,低圧弁3bは所定の周期で切り換えさせる構成とされており、よってヘリウム圧縮機1で生成される高圧のヘリウムガスは、所定の周期で蓄冷器2に供給される構成とされている。
FIG. 8 shows a known double inlet type pulse tube refrigerator. In the figure, the
蓄冷器2及びパルス管6の各上端部は、ステンレス製のハウジング12により支持されている。また、蓄冷器2及びパルス管6の各下端部は、接続路4により接続された構成とされている。具体的には、パルス管6の下端部には熱交換器5bが設けられており、この熱交換器5bと蓄冷器2の低温部2bとが接続路4により接続された構成とされている。
The upper ends of the regenerator 2 and the
また、パルス管6の高温側(上端側)には、熱交換器5a及びオリフィス7aを介してバッファタンク8が接続されている。更に、圧力振動発生器と蓄冷器2とを接続する配管と、パルス管6とバッファタンク8とを接続する配管との間にはバイパス通路9が設けられており、このバイパス通路9にはオリフィス7bが配設されている。
A
尚、蓄冷器2内には銅、ステンレス鋼製金網等の蓄冷材が充填されており、熱交換器5a、5bの内部にはアルミニウム等のパンチングプレート或いは銅メッシュ10が熱交換部材として積層充填されている。11は整流器である。
The regenerator 2 is filled with a regenerator material such as copper or stainless steel wire mesh, and the
上記のパルス管冷凍機は、高圧弁3aが開弁すると共に低圧弁3bが閉弁して運転モードになると、圧縮機1で圧縮された高圧のヘリウムガスが蓄冷器2に流入する。蓄冷器2に流入したヘリウムガスは、蓄冷器2内に配設された蓄冷材で冷却されて温度を下げながら、蓄冷器2の低温部2bから接続路4を通って熱交換器5bへ流入し、更に冷却されてパルス管6の低温側へ流入する。
In the above-described pulse tube refrigerator, when the
パルス管6内に既に存在していた低圧ガスは新に流入された作動ガスにより圧縮されるため、パルス管6内の圧力はバッファタンク8内の圧力よりも高くなる。このため、パルス管6内の作動ガスはオリフィス7aを通ってバッファタンク8へ流入する。
Since the low-pressure gas already existing in the
次に、高圧弁3aが閉弁し低圧弁3bが開弁すると、パルス管6内の作動ガスは蓄冷器2の低温部2b内に流入し、蓄冷器2内を通過して高温部2aから低圧弁3bを経由して圧縮機1へと回収される。
Next, when the
前記したように、パルス管6の高温側と蓄冷器2の高温部2a側とは、オリフィス7bを有したバイパス通路9により接続されている。このため、圧力変動の位相と作動ガスの体積変化の位相は、一定の位相差をもって変化する。この位相差によってパルス管6の低温端において作動ガスの膨張に伴う寒冷が発生し、上記の工程が繰り返し実施されることにより冷凍機として作用する。上記のダブルオリフィス型パルス冷凍機では、バイパス通路9に設けたオリフィス7bを調節することにより前記位相差の調節を行うことができる。
As described above, the high temperature side of the
また、冷却効率及び熱伝達特性を向上させるため、パルス管6の上端部及び下端部には熱交換器5a,5bが配設されているが、特に下端部に配設された熱交換器5bは、図9に拡大して示すように、熱交換器5b内にアルミニウムや銅製の金網10(メッシュ)を積層した構成とされていた。
In order to improve cooling efficiency and heat transfer characteristics,
一方、他の構成の熱交換器としては、特許文献1に開示されたものが知られている。図10(図9に示した構成と対応する構成には、同一符号を付している)は、特許文献1に開示されたパルス冷凍機に設けられた熱交換器5cを示している。
On the other hand, what was disclosed by
この熱交換器5cは、図中上下方向に多数形成された縦スリット14と、この縦スリット14の下端部と接続し図中横方向に延在する円弧状スリット15とを有した熱交本体部13を内設している。また、熱交換器5cに形成された接続孔16を介して円弧状スリット15は、接続路4と接続した構成とされている。この熱交換器5cは、ヘリウムガスが熱交本体部13に形成された縦スリット14を通過する過程において、ヘリウムガスと熱交本体部13との間で熱交換が行われる構成とされていた。
ところで、パルス管冷凍機において冷却特性を高めるためには、作動ガスのパルス管6内における断熱膨張により発生した寒冷を効率よく取り出すことが重要であり、このためパルス管6の低温側に配設された熱交換器5bにおける熱交換特性を高めることが重要となる。
By the way, in order to improve the cooling characteristics in the pulse tube refrigerator, it is important to efficiently extract the cold generated by the adiabatic expansion of the working gas in the
しかしながら、図9に示した従来の熱交換器5bでは、銅メッシュ10を熱交換器5bのハウジングにロウ付け等により固定する必要があり、この場合にはロウ付け部での熱抵抗が大きくなり、これにより熱交換器5bの熱交換特性が低下してしまうという問題点があった。また、アルミニウムや銅製の金網10による熱交換では、熱交換面積と死容積との比率が低く死容積が大きくなるため、これによっても熱交換器5bの熱交換特性が低下してしまう。
However, in the
また、図10に示した熱交換器5cは、パルス管6内に配設された熱交本体部13に設けられた縦スリット14を介して熱交換を行うため熱交換面積が広くなり、よって熱交換面積と死容積との比率を高くすることができる。よって、図9に示した熱交換器5bに比べて熱交換特性を高めることができる。
In addition, since the heat exchanger 5c shown in FIG. 10 performs heat exchange through the
しかしながら、熱交換器5cでは、熱交本体部13に図中上下方向に多数の縦スリット14を形成すると共に、下端部にこの縦スリット14の下端部と接続するよう円弧状スリット15とを形成する必要があり、熱交本体部13の構成が複雑で製造効率が悪く、製造コストが上昇してしまうという問題点があった。また、寒冷の取り出し部位(即ち、被冷却対象との熱的な接続位置)がパルス管6の下端部に限定されるため、被冷却対象の冷却に制約を受けるという問題点もあった。
However, in the heat exchanger 5c, a number of
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱交換効率が高くかつ低コストを図りうる熱交換器を有したパルス管冷凍機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a pulse tube refrigerator having a heat exchanger with high heat exchange efficiency and low cost.
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.
請求項1記載の発明は、
作動ガスに対し圧力振動を発生させる圧力振動発生器と、
該圧力変動源と接続された蓄冷器と、
該蓄冷器と接続されるパルス管と、
該パルス管と接続する位相制御機構とを有するパルス管冷凍機において、
前記蓄冷器と前記パルス管とが接続される部位に熱交換器を設けたことを特徴とするものである。
The invention according to
A pressure vibration generator for generating a pressure vibration for the working gas;
A regenerator connected to the pressure fluctuation source;
A pulse tube connected to the regenerator;
In a pulse tube refrigerator having a phase control mechanism connected to the pulse tube,
A heat exchanger is provided at a site where the regenerator and the pulse tube are connected.
上記発明によれば、パルス管の内部ではなく、蓄冷器とパルス管とが接続される部位に熱交換器を設けたことにより、熱交換を行うスペースを大きく取ることが可能となり、冷却効率を高めることができる。また、パルス管の下端部に比べて比較的広い範囲で冷却処理を行うことができるため、使用性を高めることができる。 According to the above invention, the heat exchanger is provided not at the inside of the pulse tube but at the portion where the regenerator and the pulse tube are connected, so that a large space for heat exchange can be taken, and the cooling efficiency is improved. Can be increased. Moreover, since the cooling process can be performed in a relatively wide range as compared with the lower end portion of the pulse tube, usability can be improved.
また、請求項2記載の発明は、
請求項1記載のパルス管冷凍機において、
前記熱交換器は、
前記蓄冷器が接続される蓄冷器接続部と、
前記パルス管が接続されるパルス管接続部と、
前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部との間で前記作動ガスが流通しうるよう接続する複数の流通路が形成されステージ部材とを有することを特徴とするものである。
The invention according to claim 2
The pulse tube refrigerator according to
The heat exchanger is
A regenerator connection to which the regenerator is connected;
A pulse tube connection to which the pulse tube is connected;
A plurality of flow passages are formed between the regenerator connection portion and the pulse tube connection portion so that the working gas can flow therethrough, and a stage member is provided.
上記発明によれば、ステージ部材に形成された複数の流通路により蓄冷器接続部とパルス管接続部とが接続される。このため、蓄冷器接続部とパルス管接続部との間で作動ガスが流通する際、作動ガスがステージ部材と触れる接触面積を単一の通路とした場合に比べ、広く取ることができる。これにより、作動ガスとステージ部材との間における熱交換効率を高めることができ、よってステージ部材を効率よく冷却することができる。 According to the above invention, the regenerator connecting portion and the pulse tube connecting portion are connected by the plurality of flow passages formed in the stage member. For this reason, when working gas distribute | circulates between a cool storage connection part and a pulse tube connection part, it can take widely compared with the case where the contact area which a working gas contacts with a stage member is made into a single channel | path. Thereby, the heat exchange efficiency between working gas and a stage member can be raised, and a stage member can be cooled efficiently.
また、請求項3記載の発明は、
請求項2記載のパルス管冷凍機において、
前記流通路がスリットであることを特徴とするものである。
The invention according to claim 3
In the pulse tube refrigerator according to claim 2,
The flow path is a slit.
上記発明によれば、スリットは形成が容易であるため、流通路を容易かつ低コストで形成することができる。 According to the above invention, since the slit is easy to form, the flow passage can be formed easily and at low cost.
また、請求項4記載の発明は、
請求項3記載のパルス管冷凍機において、
前記ステージ部材を気密に覆う蓋体部を設けると共に、
該蓋体に前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部を前記スリットと対向するよう設けたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 4
The pulse tube refrigerator according to claim 3,
While providing a lid that covers the stage member in an airtight manner,
The regenerator connecting portion and the pulse tube connecting portion are provided on the lid so as to face the slit.
上記発明によれば、蓋体部に蓄冷器接続部及びパルス管接続部を設け、スリットをステージ部材に設けた構成したため、それぞれ独立した蓋体部とステージ部材に別個に蓄冷器接続部及びパルス管接続部とスリットとを形成できる。このため、蓄冷器接続部,パルス管接続部,及びスリットを同一部材に形成する構成に比べ、蓄冷器接続部,パルス管接続部,及びスリットの形成を容易かつ低コストに行うことができる。 According to the above invention, since the regenerator connecting part and the pulse tube connecting part are provided in the lid part and the slit is provided in the stage member, the regenerator connecting part and the pulse are separately provided in the independent lid part and the stage member, respectively. A pipe connection part and a slit can be formed. For this reason, compared with the structure which forms a cool storage connection part, a pulse tube connection part, and a slit in the same member, formation of a cool storage device connection part, a pulse tube connection part, and a slit can be performed easily and at low cost.
また、請求項5記載の発明は、
請求項3または4記載のパルス管冷凍機において、
前記スリットは、前記ステージ部材に一体的に形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to claim 5
In the pulse tube refrigerator according to claim 3 or 4,
The slit is formed integrally with the stage member.
上記発明によれば、ロウ付け等により板材をステージ部材に接合してスリットを形成する構成に比べてスリットの熱抵抗を小さくできるため、スリットを設けても熱交換器の熱交換効率を高めることができる。 According to the above invention, the thermal resistance of the slit can be reduced as compared with the configuration in which the slit is formed by joining the plate material to the stage member by brazing or the like, so that the heat exchange efficiency of the heat exchanger is improved even if the slit is provided Can do.
上述の如く本発明によれば、熱交換器の熱交換効率を高めることができると共に冷却処理領域を広く取ることが可能となるためパルス管冷凍機の使用性を高めることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to increase the heat exchange efficiency of the heat exchanger, and it is possible to increase the cooling processing area, so that the usability of the pulse tube refrigerator can be improved.
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び第2図は、本発明を実施しうるパルス管冷却機20A,20Bを示している。図1に示すパルス管冷却機20Aは二段式のダブルインレットタイプのパルス管冷却機であり、図2に示すパルス管冷却機20Bは二段式の4バルブタイプのパルス管冷却機である。先ず、図1を参照しては二段式のダブルインレットタイプのパルス管冷却機20Aについて説明する。
1 and 2 show
パルス管冷却機20Aは二段式であるため、蓄冷器として第1段目蓄冷器22Aと第2段目蓄冷器22Bとを有しており、またパルス管として第1段目パルス管26Aと第2段目パルス管26Bとを有している。第1段目蓄冷器22Aの高温部30a,第1段目パルス管26Aの上端部,及び第2段目パルス管26Bの上端部は、フランジ32に支持された構成とされている。
Since the pulse tube cooler 20A is a two-stage type, it has a first-
第1段目蓄冷器22Aと第2段目蓄冷器22Bは、直接に接続された構成とされている。即ち、第1段目蓄冷器22Aの低温部30bは、第2段目蓄冷器22Bの高温部31aに接続された構成とされている。第1段目蓄冷器22Aの低温部30bと第1段目パルス管26Aの下端部は接続路24Aにより接続されている。また、第2段目蓄冷器22Bの低温部31bと第2段目パルス管26Bの下端部は、第2の接続路24Bにより接続されている。
The first-
また、ヘリウム圧縮機21、高圧弁23a,及び低圧弁23bは圧力振動発生器を構成する。高圧弁23aはヘリウム圧縮機21の高圧ガスの出力側に配設されており、また低圧弁23bはヘリウム圧縮機21のガス回収側に配設されている。
Further, the
この圧力振動発生器は、第1段目蓄冷器22Aの高温部30aに接続されている。そして、高圧弁23a,低圧弁23bは所定の周期で切り換えられる構成とされており、よってヘリウム圧縮機21で生成される高圧の作動ガス(本実施例では、ヘリウムガス)は、所定の周期で第1段目蓄冷器22Aに供給される。
This pressure vibration generator is connected to the
第1段目パルス管26Aの高温側(上端側)と第1のバッファタンク28Aは配管35bにより接続されており、この配管35bにはオリフィス27aが配設されている。また、圧力振動発生器と第1段目蓄冷器22Aとを接続する配管35aと第1段目パルス管26Aの高温側との間には第1のバイパス通路29Aが設けられており、この第1のバイパス通路29Aにはオリフィス27bが配設されている。
The high temperature side (upper end side) of the first
一方、第2段目パルス管26Bの高温側(上端側)と第2のバッファタンク28Bは配管35cにより接続されており、この配管35cにはオリフィス27cが配設されている。また、配管35aと第2段目パルス管26Bの高温側との間には第2のバイパス通路29Bが設けられており、この第2のバイパス通路29Bにはオリフィス27dが配設されている。
On the other hand, the high temperature side (upper end side) of the second
上記のパルス管冷却機20Aは、高圧弁23aが開弁すると共に低圧弁23bが閉弁して運転モードになると、ヘリウム圧縮機21で圧縮された高圧のヘリウムガスが配管35aを介して第1段目蓄冷器22Aに流入する。第1段目蓄冷器22Aに流入したヘリウムガスは、第1段目蓄冷器22A内に配設された蓄冷材で冷却されて温度を下げながら、第1段目蓄冷器22Aの低温部30bからその一部が接続路24Aを通って第1段目パルス管26Aの低温側(下端部側)へ流入する。
In the pulse tube cooler 20A, when the
第1段目パルス管26A内に既に存在していた低圧のヘリウムガスは新に流入されたヘリウムガスにより圧縮されるため、第1段目パルス管26A内の圧力は第1のバッファタンク28A内の圧力よりも高くなる。このため、第1段目パルス管26A内のヘリウムガスはオリフィス27aを通って第1のバッファタンク28Aへ流入する。
Since the low-pressure helium gas already present in the first
次に、高圧弁23aが閉弁し低圧弁23bが開弁すると、第1段目パルス管26A内のヘリウムガスは第1段目蓄冷器22Aの低温部30b内に流入し、第1段目蓄冷器22A内を通過して高温部30aから低圧弁23bを経由してヘリウム圧縮機21へと回収される。
Next, when the
前記のように第1段目パルス管26Aの高温側と配管35aは、オリフィス27bを有した第1のバイパス通路29Aで接続されている。このため、圧力変動の位相とヘリウムガス(作動ガス)の体積変化の位相は、一定の位相差をもって変化する。この位相差によって第1段目パルス管26Aの低温端(下端部)においてヘリウムガスの膨張に伴う寒冷が発生する。
As described above, the high temperature side of the first
一方、高圧弁23aが開弁し低圧弁23bが閉弁した運転モードにおいて、ヘリウム圧縮機21から配管35aを介して第1段目蓄冷器22Aに流入したヘリウムガスの内、第1段目パルス管26Aに流入しなかったヘリウムガスは、第1段目蓄冷器22Aから第2段目蓄冷器22Bに流入する。
On the other hand, in the operation mode in which the
この際、前記のように第1段目蓄冷器22Aの低温部30bには第1段目パルス管26Aで冷却されたヘリウムガスが流入するため、低温部30bは冷却されている。よって、第1段目蓄冷器22Aから第2段目蓄冷器22Bに流入するヘリウムガスは、第1段目パルス管26Aにより冷却された上で第2段目蓄冷器22Bの高温部31aに流入する。
At this time, as described above, the helium gas cooled by the first
第2段目蓄冷器22Bに流入したヘリウムガスは、第2段目蓄冷器22B内に配設された蓄冷材で冷却されて更に温度を下げながら低温部31bに至り、続いて冷却ステージ部材50を通って第2段目パルス管26Bの低温側(下端部)へ流入する。第2段目パルス管26B内に既に存在していた低圧のヘリウムガスは、新に流入されたヘリウムガスにより圧縮されるため、第2段目パルス管26B内の圧力は第2のバッファタンク28B内の圧力よりも高くなる。このため、第2段目パルス管26B内の作動ガスはオリフィス27cを通って第2のバッファタンク28Bへ流入する。
The helium gas flowing into the second-
次に、高圧弁23aが閉弁し低圧弁23bが開弁すると、第2段目パルス管26B内のヘリウムガスは第2段目蓄冷器22Bの低温部30b内に流入する。この第2段目蓄冷器22Bの低温部30b内に流入したヘリウムガスは、更に第1段目蓄冷器22A内を通過して高温部30aから低圧弁23bを経由してヘリウム圧縮機21へと回収される。
Next, when the
また、前記のように第2段目パルス管26Bの高温側と配管35aは、オリフィス27dを有した第2のバイパス通路29Bで接続されている。このため、第2段目パルス管26Bにおいても圧力変動の位相とヘリウムガス(作動ガス)の体積変化の位相は、一定の位相差をもって変化する。この位相差によって第2段目パルス管26Bの低温端(下端部)においてヘリウムガスの膨張に伴う寒冷が発生する。
Further, as described above, the high temperature side of the second
上記の二段式のダブルインレット型パルス冷凍機20Aでは、第1のバッファタンク28A、第2のバッファタンク28B、及びオリフィス27a〜27dが位相制御機構を構成する。そしてこの位相制御機構を構成する第1のバイパス通路29A,29Bに設けたオリフィス27b,27dを調節することにより、前記位相差の調節を行うことができ、これにより効率の高い冷却を行うことができる。更に、第1段目蓄冷器22A及び第1段目パルス管26Aで冷却されたヘリウムガスが、第2段目蓄冷器22B及び第2段目パルス管26Bで更に冷却される構成とされているため、第2段目パルス管26Bの冷却側における温度を極低温(例えば4K程度)とすることができる。
In the two-stage double
続いて、図2を用いて二段式の4バルブタイプのパルス管冷却機20Bについて説明する。尚、図2において、図1に示したパルス管冷却機20Aと同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。 Next, a two-stage four-valve type pulse tube cooler 20B will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same components as those of the pulse tube cooler 20A shown in FIG.
二段式の4バルブタイプのパルス管冷却機20Bでは、第1段目パルス管26Aの高温側に2本の配管35d,35eが接続されると共に、第2段目パルス管26Bの高温側にも2本の配管35f,35gが接続されている。第1段目パルス管26Aに接続した配管35dは、オリフィス27e,高圧弁33aを介してヘリウム圧縮機21の供給側(高圧側)に接続されている。また、第2段目パルス管26Bに接続した配管35gは、オリフィス27f,高圧弁34aを介してヘリウム圧縮機21の供給側(高圧側)に接続されている。
In the two-stage four-valve type pulse tube cooler 20B, two
また、第1段目パルス管26Aの高温側に接続された他方の配管35eは、オリフィス27e,高圧弁33aを介してヘリウム圧縮機21の供給側(高圧側)に接続されている。更に、第2段目パルス管26Bの高温側に接続された他方の配管35fは、オリフィス27d,低圧弁34bを介してヘリウム圧縮機21のガス回収側(低圧側)に接続されている。
The
このように、4バルブタイプのパルス管冷却機20Bでは、各蓄冷器22A,26Bの高温側の夫々にヘリウム圧縮機21の高圧側に接続された配管35d,35gと、ヘリウム圧縮機21の低圧側に接続された配管35e,35fが接続されている。また、各配管35d〜35gには、オリフィス27b,27d,27e,27f、高圧弁33a,34a、及び低圧弁33b,34bが配設されており、各配管35d〜35g内のヘリウムガスの流れを制御しうる構成とされている。
Thus, in the 4-valve type pulse tube cooler 20B, the
この4バルブタイプのパルス管冷却機20Bでは、第1のバッファタンク28A、第2のバッファタンク28B、オリフィス27a〜27f、及び各種弁33a,33b,34a,34bが位相制御機構を構成する。そして各オリフィス27b,27d,27e,27f及び弁33a,33b,34a,34bを調整することにより、第1段目蓄冷器22Aと第1段目パルス管26Aとの間における圧力変動の位相とヘリウムガス(作動ガス)の体積変化の位相、及び第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとの間における圧力変動の位相とヘリウムガスの体積変化の位相を一定の位相差に制御することが可能となり、よって各パルス管26A,26Bにおいて高効率の冷却を行うことができる。
In the four-valve type pulse tube cooler 20B, the
続いて、本発明の要部となる冷却ステージ部材50について説明する。前記したように、冷却ステージ部材50は第2段目蓄冷器22Bの低温部31bと第2段目パルス管26Bの下端部とを接続するものである。この冷却ステージ部材50は、図3に示すように、大略すると冷却ステージ本体51と蓋体52とにより構成されており、後述するように熱交換器として機能するものである。
Then, the
冷却ステージ本体51及び蓋体52は、共に熱伝導率の大きい銅等の材質から形成されている。冷却ステージ本体51は円盤状の部材であり、また蓋体52は冷却ステージ本体51を覆うよう装着される構成とされている。また、冷却ステージ本体51には、複数のスリット53が形成されている。本実施例では、このスリット53は直線状の溝により構成されている。
The
一方、蓋体52には冷管接続孔54及びパルス管接続孔55が穿設されている。この冷管接続孔54には第2段目蓄冷器22Bが接続され、またパルス管接続孔55には第2段目パルス管26B(低温側)が接続される。この冷管接続孔54及びパルス管接続孔55の配設位置は、蓋体52を冷却ステージ本体51に装着した状態において、各接続孔54,55がスリット53と対向するよう構成されている。従って、蓋体52を冷却ステージ本体51に装着した状態を平面視すると、図4に示すように、各接続孔54,55を介して冷却ステージ本体51に形成されたスリット53が覗視しうる。
On the other hand, a cold
また、蓋体52を冷却ステージ本体51に装着した状態で、冷却ステージ本体51の天面の内、スリット53が形成されていない部分は、蓋体52の天板の内側面に気密に接した状態なる。尚、冷却ステージ本体51と蓋体52の接合は、両者51,52が気密に接合しうる方法であれば特にその方法を限定されるものではない。
In addition, with the
前記したように、運転モードにおいて第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとの間はヘリウムガスが双方向に流通するが、本実施例では冷却ステージ本体51に形成されたスリット53を通り、ヘリウムガスは第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとの間で流通する構成となる。即ち、スリット53は、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとの間でヘリウムガスを流通させる流通路として機能する。
As described above, helium gas flows in both directions between the second-
図5は、スリット53を拡大して示す図である。スリット53の幅(図5に矢印Wで示す)は0.1mm〜1.5mmに設定することができ、またスリット53の高さ(図5に矢印Hで示す)は1.0mm〜10.0mmに設定することができる。また、スリット53の加工性及び後述する熱交換特性の面からは、スリット53の幅Wは0.15mm〜0.50に設定することが望ましく、またスリット53の高さは4.5mm程度にすることが望ましい。
FIG. 5 is an enlarged view showing the
このスリット53の加工方法としては切削加工法、エッチング法等も考えられるが、ワイヤカット法を用いるのが望ましい。ワイヤカット法を用いた場合、スリット53(溝)を容易かつ低コストで形成することができる。
As a method of processing the
上記構成とされた冷却ステージ部材50は、図1及び図2に示したように第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとが接続される部位に配設される。よって、第2段目蓄冷器22Bの低温部31bと第2段目パルス管26Bの低温側は冷却ステージ部材50により接続される。具体的には、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとの間で、ヘリウムガスは冷却ステージ部材50内のスリット53を通り流通する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
スリット53は複数の溝の集合体であるため、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとの間でヘリウムガスが流通する際、ヘリウムガスが冷却ステージ本体51と触れる面積は、従来の連通路4(図8参照)に比べて広く取ることができる。これにより、作動ガスとステージ部材との間における熱交換効率を高めることができ、よってステージ部材を効率よく冷却することが可能となる。
Since the
このように本実施例では、従来(図8参照)のようにパルス管6の低温側に熱交換器5bを設けるのではなく、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとが接続される部位に熱交換器として機能する冷却ステージ部材50を設けたことを特徴としている。これにより、冷却ステージ部材50の設計の自由度が高まり、熱交換を行うスペースを大きく取ることが可能となり、冷却効率を高めることができる。また、従来のようにパルス管6パルス管の下端部で被冷却対象を冷却する構成に比べ、比較的広い範囲で冷却処理を行うことができるため、パルス管冷却機20A,20Bの使用性を高めることができる。
Thus, in this embodiment, the
また本実施例では、冷却ステージ部材50を冷却ステージ本体51と蓋体52のふたつの部材により構成し、蓋体52に各接続孔54,55を設け、冷却ステージ本体51にスリット53を設けた構成としたため、スリット53及び各接続孔54,55を同一部材に形成する構成に比べ、スリット53及び各接続孔54,55の形成を容易かつ低コストに行うことができる。
Further, in this embodiment, the
更に、本実施例ではスリット53はワイヤカット法により冷却ステージ本体51に一体的に形成されている。このため、従来のようにロウ付け等により板材をステージ部材に接合してスリットを形成する構成に比べ、スリット53の熱抵抗を小さくできるため、スリット53を設けても冷却ステージ部材50の熱交換効率を高めることができる。
Further, in this embodiment, the
図6及び図7は、本発明の他実施例を示している。前記した実施例では、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとの間でヘリウムガスを流通させる流通路として直線状のスリット53を用いた例を示した。これに対し、図6に示す実施例では、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bを湾曲したスリット56により接続した構成としたものである。
6 and 7 show another embodiment of the present invention. In the above-described embodiment, an example in which the
このように、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bを接続するスリットは直線に限定されるものではなく、図6に示した湾曲状としても、また図示しないが波状、ジグザグ状等、種々の形状とすることができる。この構成とした場合には、ヘリウムガスと冷却ステージ本体51との接触面積を更に広く取ることができるため、更に熱変換効率を高めることができる。
As described above, the slit connecting the second-
また、図7に示す実施例は、溝に代えて複数の連通孔59により第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとを接続したことを特徴とするものである。具体的には、熱伝導性の良好な銅やアルミニウム等からなる本体部58に複数の連通孔59を形成した連通部材57により、第2段目蓄冷器22Bと第2段目パルス管26Bとを接続する。本実施例においても、ヘリウムガスと連通部材57との接触面積を増大させることができ、ヘリウムガスと連通部材57との熱交換効率を高めることができる。
The embodiment shown in FIG. 7 is characterized in that the
尚、本実施例では作動ガスとしてヘリウムを用いたが、窒素、水素等を用いることも可能である。 In this embodiment, helium is used as the working gas, but nitrogen, hydrogen, or the like may be used.
20A,20B パルス管冷却機
21 ヘリウム圧縮機
22A 第1段目蓄冷器
22B 第2段目蓄冷器
23a 高圧弁
23b 低圧弁
24A 第1の接続路
24B 第2の接続路
26A 第1段目パルス管
26B 第1段目パルス管
27a〜27f オリフィス
28A 第1のバッファタンク
28B 第2のバッファタンク
29A 第1のバイパス通路
29B 第2のバイパス通路
32 フランジ
33a,34a 高圧弁
33b,34b 低圧弁
50 冷却ステージ部材
51 冷却ステージ本体
52 蓋体
53,56 スリット
54 蓄冷管接続孔
55 パルス管接続孔
57 接続部材
58 本体部
59 接続孔
20A, 20B Pulse tube cooler 21
Claims (5)
該圧力変動源と接続された蓄冷器と、
該蓄冷器と接続されるパルス管と、
該パルス管と接続する位相制御機構とを有するパルス管冷凍機において、
前記蓄冷器と前記パルス管とが接続される部位に熱交換器を設けたことを特徴とするパルス管冷凍機。 A pressure vibration generator for generating a pressure vibration for the working gas;
A regenerator connected to the pressure fluctuation source;
A pulse tube connected to the regenerator;
In a pulse tube refrigerator having a phase control mechanism connected to the pulse tube,
A pulse tube refrigerator, wherein a heat exchanger is provided at a site where the regenerator and the pulse tube are connected.
前記熱交換器は、
前記蓄冷器が接続される蓄冷器接続部と、
前記パルス管が接続されるパルス管接続部と、
前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部との間で前記作動ガスが流通しうるよう接続する複数の流通路が形成されステージ部材とを有することを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein
The heat exchanger is
A regenerator connection to which the regenerator is connected;
A pulse tube connection to which the pulse tube is connected;
A pulse tube refrigerator having a plurality of flow passages connected to allow the working gas to flow between the regenerator connection portion and the pulse tube connection portion, and having a stage member.
前記流通路がスリットであることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 2,
The pulse tube refrigerator, wherein the flow passage is a slit.
前記ステージ部材を気密に覆う蓋体部を設けると共に、
該蓋体に前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部を前記スリットと対向するよう設けたことを特徴とするパルス管冷凍機。 The pulse tube refrigerator according to claim 3,
While providing a lid that covers the stage member in an airtight manner,
A pulse tube refrigerator, wherein the regenerator connection portion and the pulse tube connection portion are provided on the lid so as to face the slit.
前記スリットは、前記ステージ部材に一体的に形成されていることを特徴とするパルス管冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 3 or 4,
The pulse tube refrigerator, wherein the slit is formed integrally with the stage member.
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Legal Events
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