JP3732035B2 - パルス管冷凍機における動作用冷媒ガスの純度保持方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス管冷凍機で圧縮機とパルス管との間を往復する動作用冷媒ガスの純度を保持する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パルス管冷凍機では動作用冷媒ガスとしてヘリウムガスを使用し、このヘリウムガスを圧縮機とパルス管の間で往復させるようにし、パルス管冷凍機の蓄冷器内に充填した蓄冷材に返送ガスの寒冷エネルギーを蓄積し、次の流入ガスとの間で熱交換するようにしている。そして、この動作用冷媒ガスは基本的に封入されたガスが循環するようになっている。そしてこの動作用冷媒ガスの純度がパルス管冷凍機の冷凍性能に影響を及ぼす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパルス管冷凍機では、高純度のヘリウムガスを動作用冷媒ガスとして使用しているが、ヘリウムガス中の残留不純ガスや、各種機器や配管を形成している金属からのアウトガス、油分離器や油吸着器で除去し切れなかった圧縮機オイルの分解ガス、プラスチックからのアウトガスが冷凍機の運転に応じて動作用ガスであるヘリウムガスに混入し、ヘリウムガスの純度を低下させることになる。なお、金属からのアウトガスは水素や水分が主体であり、オイルの分解ガスやプラスチツクからのアウトガスはメタン等の有機炭化水素が主体である。そして、この混入した不純ガスは蓄冷器の低温部に凝固蓄積して、蓄冷材表面での熱交換性能を低下させ、蓄冷器の性能を劣化させる作用を果たし、冷凍機の到達温度が上昇する、すなわち、冷凍能力を低下させるという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような点に着目してなされたもので、パルス管冷凍機が長期間安定した冷凍機性能を発揮することができる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために本発明は、パルス管冷凍機における圧縮機ユニットの吐出口から蓄冷器とパルス管との間に位置する吸熱用連結路に至るまでの動作用冷媒ガスのガス流路内に装着した不純ガスゲッターまたは吸着材等の不純ガス吸着手段で不純ガスを捕捉して動作用冷媒ガスの純度を維持するようにしたことを特徴としている。
【０００６】
【発明の作用】
本発明では、パルス管冷凍機における圧縮機ユニットの吐出口から蓄冷器とパルス管との間に位置する吸熱用連結路に至るまでの動作用冷媒ガスのガス流路系内に不純ガスゲッターを装着し、動作用冷媒ガスのガス流路系内を流れる動作用冷媒ガス中に混入している不純ガスを不純ガスゲッターで吸着除去することにより、動作用冷媒ガスの純度を長期にわたって維持し続けることができることになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図はパルス管冷凍機の概略系統図であり、このパルス管冷凍機はパルス管(１)と蓄冷器(２)とをその一端部同士を吸熱用連結路(３)を介して連通させることにより形成した寒冷発生部(４)と、圧縮機ユニット(５)、及び圧縮機ユニット(５)で発生した高圧ガスの寒冷発生部(４)への給排を切り換え制御するロータリ弁ユニット(６)とで構成してある。
【０００８】
圧縮機ユニット(５)は圧縮機(７)、冷却器(８)、油分離器(９)、油吸着器(10)及び保圧弁(11)とで構成してあり、ロータリ弁ユニット(６)はロータリ弁(12)と弁駆動モータ(13)とで構成してある。そして、油吸着器(10)から導出されている高圧ガス通路(14)がフレキシブルホース(15)でロータリ弁(12)の一次側高圧ポートに接続され、ロータリ弁(12)の一次側低圧ポートから導出したフレキシブルホース(16)が低圧ガス戻し路(17)を介して圧縮機(７)に連通接続してある。
【０００９】
寒冷発生部(４)は２本のステンレスパイプ(18)(19)を平行に配置し、その下端部を銅製エンドキャップ(20)に嵌着し、上端部を取り付けフランジ(21)に嵌着して形成してあり、一方のステンレスパイプ(18)の内部にメッシュ体を積層配置して蓄冷材(22)とするとともに、上下両端部に整流板(23)を配置することにより、蓄冷器(２)に構成し、他方のステンレスパイプ(19)の下端部に整流板(24)を配置してパルス管(１)に構成してある。そして、銅製エンドキャップ(20)にはスぺーサ(26)を装着することにより、吸熱用連結路(３)を形成して、蓄冷器(２)とパルス管(１)とを連通するようになっている。
【００１０】
蓄冷器(２)の上端部は取り付けフランジ(21)に装着したガス導入プラグ(27)に連通しており、このガス導入プラグ(27)から連出した冷媒ガス導入管(28)が可撓性ホース(29)を介してロータリ弁(12)の二次ポートに連通してある。そして、ロータリ弁(12)の切換えにより圧縮機ユニット(５)で発生させた高圧冷媒ガスを蓄冷器(２)に供給するようになっている。
【００１１】
図中符号(30)はパルス管(１)の上端からオリィフィス(31)を介して連通接続させたバッファタンクである。
【００１２】
このような構成のパルス管冷凍機において、動作用ガスに混入する不純ガスを吸着除去する吸着手段(33)として不純ガスゲッター材が寒冷発生部(４)への冷媒ガス給排路中に装着してある。ここでヘリウムガスを動作用冷媒ガスとして使用している場合には、ゲッター材(33)として水素ガスを除去する効果のあるものが望ましい。ここで、寒冷発生部(４)への冷媒ガス給排路とは、図示したロータリー弁ユニット(６)と寒冷発生部(４)とを接続する可撓性ホース(29)部分だけでなく、圧縮機ユニット(５)での高圧ガス通路(14)、圧縮機ユニット(５)とロータリ弁ユニット(６)の一次側高圧ポートとを接続するフレキシブルホース(15)部分を含む概念である。
【００１３】
また、蓄冷器(２)の蓄冷材(22)の一部に活性炭等の吸着剤を装着して吸着手段(33)としてもよい。この場合、活性炭は織物状、網状、タブレット状、ぺレット状に形成した非粉体で構成することが望ましい。
【００１４】
上述のように、パルス管冷凍機の動作ガス給排系内、あるいは、蓄冷器(２)内に不純ガスを捕捉する吸着手段(33)を配置すると、初期混入ガスあるいはパルス管冷凍機の運転に伴って生じる機器や配管からのアウトガスや圧縮機オイルの分解ガス等の不純ガスを吸着手段(33)で捕捉することになる。これにより、動作用冷媒ガスを高純度に維持することができ、蓄冷器(２)の低温端部での不純ガスの凝固蓄積を抑制する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明では、パルス管冷凍機における圧縮機ユニットの吐出口から蓄冷器とパルス管との間に位置する吸熱用連結路に至るまでの動作用冷媒ガスのガス流路系内に不純ガスゲッターを装着し、動作用冷媒ガスのガス流路系内を流れる動作用冷媒ガス中に混入している不純ガスを不純ガスゲッターで吸着除去することにより、動作用冷媒ガスの純度長期にわたって維持し続けることができることになる。
これにより、蓄冷器の低温端部での不純ガス成分の凝結がなくなり、パルス管冷凍機としての冷凍能力を長時間にわたって高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パルス管冷凍機の概略系統図である。
【符号の説明】
１…パルス管、２…蓄冷器，３…吸熱用連結路、７…圧縮機、22…蓄冷材、33…吸着手段。

Claims (3)

  1. パルス管(１)の低温端と蓄冷器(２)の低温端とを吸熱用連結路(３)を介して接続し、動作用冷媒ガスを圧縮機(７)、蓄冷器(２)、吸熱用連結路(３)、パルス管(１)の順で往復させるように構成したパルス管冷凍機において、
    圧縮機 ( ７ ) とともに油分離器 ( ９ ) と油吸着器 (10) とを有してなる圧縮機ユニット ( ５ ) の吐出口から吸熱用連結路(３)に至るまでの動作用冷媒ガスのガス流路系内に不純ガスゲッターと吸着材との少なくともいずれか一方からなる不純ガス吸着手段(33)を装着し、この不純ガス吸着手段(33)で不純ガスを捕捉することにより、動作用冷媒ガスの純度を維持するようにしたことを特徴とするパルス管冷凍機における動作用冷媒ガスの純度保持方法。
  2. 圧縮機ユニット ( ５ ) の吐出口から蓄冷器(２)の高温側端部に至るまでの間の動作用冷媒ガス通路に前記不純ガス吸着手段(33)を配置した請求項１に記載のパルス管冷凍機における動作用冷媒ガスの純度保持方法。
  3. 蓄冷器(２)内に装着した蓄冷材(22)の一部に前記不純ガス吸着手段(33)を配置した請求項１に記載のパルス管冷凍機における動作用冷媒ガスの純度保持方法。
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