JP3854896B2 - Regenerator mounting structure of pulse tube refrigerator - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷凍機として、特開２００１‐２６３８４０号公報に開示されているようなパルス管冷凍機がある。このパルス管冷凍機は、低温部に、ギフォードマクマホン型冷凍機のディスプレーサのような可動部分が無く構造が簡単で、振動の少ない冷凍機として期待されている。
【０００３】
上記パルス管冷凍機は、蓄冷器とパルス管とを有している。そして、上記蓄冷器の高温端は、高圧側バルブによって圧縮機の吐出口に接続される一方、低圧側バルブによって上記圧縮機の吸入口に接続されている。そして、この蓄冷器の低温端部には、上記パルス管の低温端部が接続されており、上記パルス管の高温端部にはオリフィスを介してバッファタンクが接続されている。
【０００４】
上記構成において、上記低圧側バルブが閉鎖される一方、上記高圧側バルブが開放されると、上記圧縮機から高圧の作動ガス(ヘリウムガス等)が蓄冷器に導入されて蓄冷材と熱交換を行いつつ低温端部に至り、パルス管の低温端部に流入する。そうすると、既にパルス管に存在している作動ガスが、新たに流入した作動ガスによって押されて高温端側に移動する。その結果、上記パルス管内の圧力が上記バッファタンク内の圧力よりも高くなって、作動ガスがオリフィスを通ってバッファタンク内に流入する。
【０００５】
次に、上記高圧側バルブが閉鎖される一方、低圧側バルブが開放されると、上記蓄冷器の高温端側の作動ガスが上記圧縮機に吸入され、それに連れてパルス管内の作動ガスが蓄冷器の低温端側に流れ込み、蓄冷材を冷却して温度上昇しつつ高温端側に移動し、圧縮機の吸入口に戻る。その際に、上記バッファタンク内の作動ガスがオリフィスを通ってパルス管内に戻る。
【０００６】
こうして、上記パルス管内で作動ガスの圧縮・膨張が繰り返され、その際における断熱膨張によって冷熱が発生して上記蓄冷器の低温端に設けられた冷却ステージが３０Ｋ〜８０Ｋ程度に冷却される。また、上記蓄冷器を２段に構成し、各段夫々の蓄冷器を異なるパルス管に接続した場合には、２段目の蓄冷器の冷却ステージが１０Ｋ以下に冷却される。さらに、上記２段目の蓄冷器の低温端側に極低温においても大きな比熱を有する磁性材料を用いた場合には、４Ｋ以下に冷却される。
【０００７】
上述したように、上記従来のパルス管冷凍機においては、パルス管内に上記ディスプレーサのような可動部分は無い。したがって、振動が少なく、光学機器等の精密機器の冷却に用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパルス管冷凍機には、以下のような問題がある。
【０００９】
図４は、上述したような構成を有する従来のパルス管冷凍機における蓄冷器とパルス管との取り付け構造の一例を示す。上記蓄冷器を構成する蓄冷器シリンダ１０１の高温端および上記パルス管を構成するパルス管シリンダ１０２の高温端は、シリンダフランジ１０３に形成された両シリンダ１０１,１０２の外直径と略同一の内径を有する穴１０４,１０５内に挿通されて、溶接等によって固着されている。
【００１０】
そして、上記パルス管シリンダ１０２内では、流入・排出される作動ガスによって圧力が低圧と高圧との間で脈動する。したがって、パルス管シリンダ１０２内での圧力変動に同期してシリンダフランジ１０３が変形し、それによってパルス管シリンダ１０２の低温端に設けられた冷却ステージ(図示せず)が振動するという問題がある。また、上述したように上記蓄冷器を２段に構成し、各段夫々の蓄冷器を異なるパルス管シリンダに接続した場合には、シリンダフランジ１０３には上記複数のパルス管シリンダを加えた３つ以上のシリンダが接続・固定されることになり、シリンダフランジ１０３の剛性が更に低下するために上記シリンダフランジ１０３の変形がより大きくなる。
【００１１】
上述したような上記冷却ステージの振動は、上記ディスプレーサの可動に起因する振動に比べて小さいとは言うもののさらに小さいに越したことは無く、さらに小さくすることによって、冷却対象となる光学機器による計測精度の更なる向上を図ることができるのである。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、シリンダフランジの変形を抑制して、冷却ステージの振動をより少なくできるパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
切換弁によって高圧ガス室と低圧ガス室とに切り換え接続される蓄冷器と、この蓄冷器に先端部が連通されたパルス管と、上記パルス管の先端部に設けられた冷却ステージを有するパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造であって、
本体に取り付けられると共に、上記蓄冷器およびパルス管の基端部が挿通される貫通穴が形成され、上記蓄冷器およびパルス管の基端部が、この基端部の端が上記貫通穴を通過するように上記貫通穴に挿通されて取り付け固定されたシリンダフランジと、
少なくとも上記蓄冷器の基端部における内側を埋め且つ穴を有して、上記蓄冷器の基端部を介して上記シリンダフランジに一体に取り付け固定されたプラグを備え、
上記シリンダフランジと上記蓄冷器の基端部と上記プラグとを一体化させて上記シリンダフランジの剛性を高め、作動ガス圧の脈動に起因する上記シリンダフランジの変形を抑制する
ことを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、少なくとも蓄冷器の基端部には、内側を埋め且つ穴を有するプラグが設けられ、上記蓄冷器の基端部を介して上記シリンダフランジに一体に取り付け固定されている。したがって、上記シリンダフランジの剛性が上記プラグがない場合よりも大きくなって、上記シリンダフランジに取り付けられたパルス管内におけるガス圧の脈動に起因する上記シリンダフランジの周期的な変形が低減される。こうして、上記パルス管の先端部に設けられた冷却ステージの振動が防止される。
【００１５】
さらに、上記シリンダフランジに上記蓄冷器を取り付け固定した後に上記蓄冷器の基端部が上記プラグによって塞がれる。したがって、上記シリンダフランジに上記蓄冷器を取り付け固定した後に上記蓄冷器内に蓄冷材を充填することが可能になり、上記シリンダフランジに上記蓄冷器を取り付け固定する際における上記蓄冷材に対する熱的影響が無くなる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に係る発明のパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造において、
上記パルス管の基端部における内側を埋め且つ穴を有して、上記パルス管の基端部を介して上記シリンダフランジに一体に取り付け固定されたプラグを備えた
ことを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、上記パルス管の基端部には、内側を埋め且つ穴を有するプラグが設けられ、上記パルス管の基端部を介して上記シリンダフランジに一体に取り付け固定されている。したがって、上記シリンダフランジの剛性が上記請求項１に係る発明の場合よりも大きくなって、上記シリンダフランジの周期的変形がさらに低減される。
【００１８】
また、請求項３に係る発明は、
切換弁によって高圧ガス室と低圧ガス室とに切り換え接続される蓄冷器と、この蓄冷器 に先端部が連通されたパルス管と、上記パルス管の先端部に設けられた冷却ステージを有するパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造であって、
本体に取り付けられると共に、上記蓄冷器の基端部が挿通される貫通穴が形成され、上記蓄冷器の基端部が、この基端部の端が上記貫通穴を通過するように上記貫通穴に挿通されて取り付け固定されたシリンダフランジと、
上記蓄冷器の基端部における内側を埋め且つ穴を有して、上記蓄冷器の基端部を介して上記シリンダフランジに一体に取り付け固定されたプラグを備え、
上記シリンダフランジにおける上記パルス管の取り付け面には、上記パルス管の基端が嵌合する溝が設けられると共に、上記溝で囲まれた領域には穴が形成されており、
上記パルス管は、上記シリンダフランジの溝に上記基端が嵌合されることによって、上記シリンダフランジに取り付け固定されて、
上記シリンダフランジと上記蓄冷器およびパルス管の基端部と上記プラグとを一体化させて上記シリンダフランジの剛性を高め、作動ガス圧の脈動に起因する上記シリンダフランジの変形を抑制する
ことを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、上記パルス管の基端部は、上記シリンダフランジに設けられた溝に嵌合されて取り付け固定されている。したがって、上記シリンダフランジには上記パルス管の基端部が挿入される穴は形成されてはおらず、上記シリンダフランジの剛性が上記請求項１および請求項２に係る発明の場合よりも大きくなって、上記シリンダフランジの周期的変形がより防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態のパルス管冷凍機の蓄冷管取り付け構造が適用されているパルス管冷凍機における断面図である。
【００２１】
このパルス管冷凍機は、第１蓄冷器１と、この第１蓄冷器１の先端部に連通して直列に設けられた第２蓄冷器２と、先端が連通管５によって第１蓄冷器１の先端部に連通された第１パルス管３と、先端が連通管６によって第２蓄冷器２の先端部に連通された第２パルス管４とを有している。そして、第１蓄冷器１,第１パルス管３および第２パルス管４の基端部は、バルブ室７の端面に取り付けられたシリンダフランジ８に挿入されて固定されており、バルブ室７はモータ室９に固定されている。ここで、第１蓄冷器１内にはメッシュ状の蓄冷材１０(一部のみ図示)が積層されて充填され、第２蓄冷器２内には球状の蓄冷材１１(一部のみ図示)が積層されて充填されている。
【００２２】
上記バルブ室７には、ロータとステータとで構成される切換弁１２が設けられており、モータ室９に設けられた駆動モータ１３によって切換弁１２の上記ロータを回転駆動することによって、第１蓄冷器１の基端部が、通路１４を介して、導入口１５を有する高圧室１６と排出口１７を有する低圧室１８とに切り換え連通される。尚、駆動モータ１３は高圧室１６内に収納されており、導入口１５は圧縮機１９の吐出口に接続されており、排出口１７は圧縮機１９の吸入口に接続されている。
【００２３】
また、上記第１パルス管３の基端部は、第１流路抵抗２０が介設された流路によって通路１４に連通されている。更に、第１パルス管３の基端部は、第２流路抵抗２１が介設された流路によってバッファタンク２２に連通されている。尚、図１では省略されているが、第２パルス管４の基端部も同様に、流路抵抗が介設された流路によって通路１４とバッファタンク２２とに連通されている。
【００２４】
上記構成を有するパルス管冷凍機は、上記駆動モータ１３によって切換弁１２を回転して、第１蓄冷器１の基端部を高圧室１６と低圧室１８とに切り換え接続することによって、上記従来のパルス管冷凍機の場合と同様にして、第１パルス管３内で作動ガスが圧縮と膨張とを繰り返し、その際における断熱膨張によって発生する冷熱によって、第１蓄冷器１の先端部に設けられたシールド冷却ステージ２３および第１パルス管３の先端部に設けられた冷却ステージ２４が３０Ｋ〜８０Ｋ程度に冷却される。
【００２５】
さらに、本パルス管冷凍機の蓄冷器は２段に構成されているため、上記高圧室１６から第１蓄冷器１内に導入された高圧作動ガスは、第１蓄冷器１の先端から第２蓄冷器２の基端部に導入される。そして、第２蓄冷器２の蓄冷材１１と熱交換を行いつつ先端部に至り、連通管６を通って第２パルス管４の先端部に流入する。そうすると、既に第２パルス管４に存在している作動ガスが、新たに流入した作動ガスによって押されて基端側に移動し始める。同時に、第１流路抵抗を通って第２パルス管４の基端部に作動ガスが流入し、第２パルス管４の先端部から流入する作動ガスが抑制される。その結果、作動ガスの移動のタイミングが第２パルス管４内における圧力変化のタイミングに対して遅れる。その後、第２パルス管４内の圧力がバッファタンク２２内の圧力よりも高くなって基端側の作動ガスが第２流路抵抗を通ってバッファタンク２２内に流入し、第２パルス管４内の作動ガスが基端側に移動する。
【００２６】
次に、上記第１蓄冷器１が低圧室１８に切り換え接続されると、上記第１蓄冷器１内の減圧に伴って第２蓄冷器２内の作動ガスが第１蓄冷器１に吸入され始める。そうすると、既に第２パルス管４に存在している作動ガスが、第２蓄冷器２に吸入され、第２パルス管４内の作動ガスが低温端側に移動し始める。同時に、第１流路抵抗を通って第２パルス管４の基端側の作動ガスが流出し、第２パルス管４の先端部から流出する作動ガスが抑制される。その後、バッファタンク２２内の作動ガスが第２流路抵抗を通って第２パルス管４内に戻ると共に、第２パルス管４内の作動ガスが第２蓄冷器２の低温端側に流れ込み、蓄冷材１１を冷却して温度上昇しつつ高温端側に移動し、第１蓄冷器１を介して圧縮機１９の吸入口に戻る。
【００２７】
こうして、上記第２パルス管４内において、第１パルス管３によって３０Ｋ〜８０Ｋ程度に冷却された作動ガスの圧縮・膨張が繰り返され、その際における断熱膨張によって発生した冷熱によって、第２パルス管４の先端部に設けられた冷却ステージ２５が４Ｋ程度に冷却されるのである。
【００２８】
図２は、上記第１蓄冷器１,第１パルス管３および第２パルス管４のシリンダフランジ８への取り付け構造の一例を示す。第１蓄冷器１の蓄冷器シリンダ３４,第１パルス管３のパルス管シリンダ３５および第２パルス管４のパルス管シリンダ３６における高温端は、図３に示すように、シリンダフランジ８に形成された各シリンダ３４,３５,３６の外直径と略同一の内直径を有する穴３１,３２,３３内に挿通されて、溶接等によって固着されている。そして、蓄冷器シリンダ３４内には、メッシュ状の蓄冷材１０が積層されて充填される。
【００２９】
そうした後に、上記蓄冷器シリンダ３４の開口には、蓄冷器シリンダ３４の内直径と略同一の外直径を有すると共に、中央にはバルブ室７に形成された通路１４に連通する孔３７が設けられた第１プラグ３８が嵌合され、冷し嵌めやネジ止めによって取り付け固定される。また、パルス管シリンダ３５の開口には、パルス管シリンダ３５の内直径と略同一の外直径を有すると共に、中央にはバルブ室７に形成された流路抵抗用の流路３９に連通する孔４０が設けられた第２プラグ４１が嵌合され、冷し嵌めやネジ止めによって取り付け固定される。同様に、図示してはいないが、パルス管シリンダ３６の開口には、第２プラグ４１と同様の第３プラグが嵌合されて、冷し嵌めやネジ止め等によって取り付け固定されている。
【００３０】
このようにして、上記シリンダフランジ８に形成された蓄冷器シリンダ３４およびパルス管シリンダ３５,３６を挿通するための３つの穴３１,３２,３３を、蓄冷器シリンダ３４およびパルス管シリンダ３５,３６と、小孔３７,４０(２つのみ図示)が形成された３つの第１,第２,第３プラブ３８,４１(２つのみ図示)とで、蓋すると共に冷し嵌めによって一体化することによって、シリンダフランジ８の剛性を高めるのである。したがって、パルス管シリンダ３５,３６内での圧力の脈動に起因するシリンダフランジ８の変形が抑制されるのである。
【００３１】
以上のごとく、本実施の形態においては、上記蓄冷器シリンダ３４およびパルス管シリンダ３５,３６における高温端を、シリンダフランジ８に形成された各シリンダ３４,３５,３６用の穴３１,３２,３３に挿通し、冷し嵌めによって固着している。そして、蓄冷器シリンダ３４内には、メッシュ状の蓄冷材１０を充填した後、蓄冷器シリンダ３４およびパルス管シリンダ３５,３６の開口には、バルブ室７の通路に連通する孔が設けられたプラグ３８,４１(２つのみ図示)を嵌合し、冷し嵌めやネジ止め等によって取り付け固定している。
【００３２】
したがって、上記シリンダフランジ８の剛性を上げることができ、蓄冷器シリンダ３４およびパルス管シリンダ３５,３６内での圧力の脈動に起因するシリンダフランジ８の変形を抑制でき、冷却ステージ２５の振動を防止することができるのである。また、蓄冷器シリンダ３４の高温端をシリンダフランジ８に固着した後に、蓄冷器シリンダ３４内に蓄冷材１０を充填することができる。したがって、冷し嵌め時における蓄冷材１０に対する熱的影響をなくすことができる。また、プラグ３８,４１をネジ止めによって固定した場合には、プラグ３８を取り外して蓄冷材１０を交換することが可能になり、メンテナンスが容易に行えるようになる。
【００３３】
すなわち、本実施の形態におけるパルス管冷凍機によれば、上記冷却ステージ２５の振動を従来のパルス管冷凍機よりも小さくすることができ、冷却ステージ２５に取り付けられる光学機器等の精密機器に対する振動の影響を小さくして、上記精密機器による計測精度を従来のパルス管冷凍機よりも大幅に向上できるのである。
【００３４】
尚、上記実施の形態においては、上記蓄冷器シリンダ３４,パルス管シリンダ３５およびパルス管シリンダ３６の総てをプラグで塞ぐようにしているが、必ずしもその必要はない。上記シリンダをプラグで塞ぐのは、シリンダフランジ８に上記シリンダを取り付け固定した後に、シリンダ内に蓄冷材を挿入充填する必要があるからである。したがって、元々蓄冷材を充填する必要がないパルス管シリンダ３５,３６は、必ずしもプラグで塞ぐ必要はないのである。
【００３５】
そこで、上記パルス管シリンダ３５,３６の場合の取り付け構造を、以下のようにすることによって、シリンダフランジ８の剛性を更に上げることができるのである。すなわち、シリンダフランジ８におけるパルス管シリンダ３５,３６を取り付ける箇所に、パルス管シリンダ３５,３６の高温端が嵌合される円形の溝を形成し、その中央部にはバルブ室７に形成された流路抵抗用の流路３９に連通する孔を設ける。そして、パルス管シリンダ３５,３６の高温端をシリンダフランジ８に形成された上記円形の溝に嵌合し、溶接によって固定するのである。こうすることによって、シリンダフランジ８には、蓄冷器シリンダ３４を挿通するための１つの穴のみを形成すればよく、シリンダフランジ８の剛性を更に上げることができるのである。
【００３６】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１に係る発明のパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造は、シリンダフランジに基端部がその端が貫通穴を通過するように上記貫通穴に挿通されて取り付け固定された少なくとも蓄冷器の基端部には、内側を埋め且つ穴を有するプラグを設けて、上記蓄冷器の基端部を介して上記シリンダフランジに一体に取り付け固定したので、上記シリンダフランジの剛性を上記プラグがない場合よりも大きくできる。したがって、上記シリンダフランジに取り付けられたパルス管内におけるガス圧の脈動に起因する上記シリンダフランジの変形を防止することができ、上記パルス管の先端部に設けられた冷却ステージの振動を防止することができる。
【００３７】
さらに、上記シリンダフランジに上記蓄冷器を取り付け固定した後に上記蓄冷器の基端部を上記プラグによって塞ぐので、上記シリンダフランジに上記蓄冷器を取り付け固定した後に、上記蓄冷器内に蓄冷材を充填することができる。したがって、上記シリンダフランジに上記蓄冷器を取り付け固定する際における上記蓄冷材に対する熱的影響を無くすことができる。
【００３８】
すなわち、この発明によれば、光学機器等の精密機器の冷却に最適なパルス管冷凍機を提供できるのである。
【００３９】
また、請求項２に係る発明のパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造は、上記シリンダフランジに基端部が取り付け固定されたパルス管の基端部には、内側を埋め且つ穴を有するプラグが設けられ、上記パルス管の基端部を介して上記シリンダフランジに一体に取り付け固定されている。したがって、上記シリンダフランジの剛性を上記請求項１に係る発明の場合よりも大きくして、上記冷却ステージの変形をさらに防止することができる。
【００４０】
また、請求項３に係る発明のパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造は、上記パルス管の基端部を、上記シリンダフランジに設けられた溝に嵌合して取り付け固定している。したがって、上記シリンダフランジに上記パルス管の基端部を挿入するための穴を形成する必要が無く、上記シリンダフランジの剛性を上記請求項１および請求項２に係る発明の場合よりも大きくして、上記冷却ステージの変形をより防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のパルス管冷凍機の蓄冷管取り付け構造が適用されたパルス管冷凍機における断面図である。
【図２】 図１における第１蓄冷器,第１パルス管および第２パルス管のシリンダフランジへの取り付け構造の一例を示す図である。
【図３】 図１におけるシリンダフランジの平面図である。
【図４】 従来のパルス管冷凍機における蓄冷器とパルス管との取り付け構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…第１蓄冷器、
２…第２蓄冷器、
３…第１パルス管、
４…第２パルス管、
５,６…連通管、
８…シリンダフランジ、
１０,１１…蓄冷材、
１２…切換弁、
１３…駆動モータ、
１６…高圧室、
１８…低圧室、
１９…圧縮機、
２０,２１…流路抵抗、
２２…バッファタンク、
２４,２５…冷却ステージ、
３１,３２,３３…穴、
３４…蓄冷器シリンダ、
３５,３６…パルス管シリンダ、
３８,４１…プラグ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a regenerator mounting structure of a pulse tube refrigerator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a refrigerator, there is a pulse tube refrigerator as disclosed in JP-A-2001-263840. This pulse tube refrigerator is expected to be a refrigerator with a simple structure and no vibration, with no moving parts like the displacer of the Gifford McMahon refrigerator in the low temperature section.
[0003]
The pulse tube refrigerator has a regenerator and a pulse tube. The high temperature end of the regenerator is connected to the discharge port of the compressor by a high pressure side valve, and is connected to the suction port of the compressor by a low pressure side valve. The low temperature end of the regenerator is connected to the low temperature end of the pulse tube, and the buffer tank is connected to the high temperature end of the pulse tube via an orifice.
[0004]
In the above configuration, when the low-pressure side valve is closed and the high-pressure side valve is opened, a high-pressure working gas (such as helium gas) is introduced from the compressor into the regenerator to exchange heat with the regenerator material. While performing, it reaches the low temperature end and flows into the low temperature end of the pulse tube. Then, the working gas already present in the pulse tube is pushed by the newly flowing working gas and moves to the high temperature end side. As a result, the pressure in the pulse tube becomes higher than the pressure in the buffer tank, and the working gas flows into the buffer tank through the orifice.
[0005]
Next, when the high-pressure side valve is closed and the low-pressure side valve is opened, the working gas on the high temperature end side of the regenerator is sucked into the compressor, and the working gas in the pulse tube is stored in the cold storage accordingly. It flows into the low temperature end of the compressor, cools the regenerator material, moves to the high temperature end while the temperature rises, and returns to the compressor inlet. At that time, the working gas in the buffer tank returns to the pulse tube through the orifice.
[0006]
Thus, the compression / expansion of the working gas is repeated in the pulse tube, and cold heat is generated by adiabatic expansion at that time, and the cooling stage provided at the low temperature end of the regenerator is cooled to about 30K to 80K. In addition, when the regenerator is configured in two stages and each regenerator is connected to a different pulse tube, the cooling stage of the second regenerator is cooled to 10K or less. Furthermore, when a magnetic material having a large specific heat is used even at an extremely low temperature on the low temperature end side of the second-stage regenerator, the regenerator is cooled to 4K or less.
[0007]
As described above, in the conventional pulse tube refrigerator, there are no movable parts such as the displacer in the pulse tube. Therefore, there is little vibration and it is used for cooling precision instruments such as optical instruments.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional pulse tube refrigerator has the following problems.
[0009]
FIG. 4 shows an example of a mounting structure of a regenerator and a pulse tube in a conventional pulse tube refrigerator having the above-described configuration. The high temperature end of the regenerator cylinder 101 constituting the regenerator and the high temperature end of the pulse tube cylinder 102 constituting the pulse tube have substantially the same inner diameter as the outer diameters of both cylinders 101, 102 formed on the cylinder flange 103. The holes 104 and 105 are inserted into the holes 104 and 105 and fixed by welding or the like.
[0010]
In the pulse tube cylinder 102, the pressure pulsates between a low pressure and a high pressure by the working gas flowing in and out. Therefore, there is a problem that the cylinder flange 103 is deformed in synchronism with the pressure fluctuation in the pulse tube cylinder 102, and the cooling stage (not shown) provided at the low temperature end of the pulse tube cylinder 102 vibrates. As described above, when the regenerator is configured in two stages and each regenerator is connected to a different pulse tube cylinder, the cylinder flange 103 has three pulse tube cylinders added thereto. The above cylinders are connected and fixed, and the rigidity of the cylinder flange 103 is further reduced, so that the deformation of the cylinder flange 103 is further increased.
[0011]
Although the vibration of the cooling stage as described above is smaller than the vibration caused by the movement of the displacer, it has never been smaller, and by making it smaller, measurement by the optical device to be cooled is performed. The accuracy can be further improved.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide a regenerator mounting structure for a pulse tube refrigerator that can suppress deformation of a cylinder flange and reduce vibration of a cooling stage.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1
A regenerator that is switched between a high-pressure gas chamber and a low-pressure gas chamber by a switching valve, a pulse tube having a tip communicated with the regenerator, and a pulse tube having a cooling stage provided at the tip of the pulse tube A regenerator mounting structure for a refrigerator,
A through hole is formed through which the base of the regenerator and the pulse tube is inserted, and the base end of the regenerator and the pulse tube passes through the through hole. A cylinder flange inserted and fixed by being inserted into the through hole ,
At least a plug embedded in and fixed to the cylinder flange via the base end of the regenerator, with a hole embedded in the inner end of the base end of the regenerator ,
The cylinder flange, the base end of the regenerator, and the plug are integrated to increase the rigidity of the cylinder flange and to suppress deformation of the cylinder flange due to pulsation of working gas pressure. It is a feature.
[0014]
According to the above configuration, at least the base end portion of the regenerator is provided with a plug that fills the inside and has a hole, and is integrally attached and fixed to the cylinder flange via the base end portion of the regenerator. Therefore, the rigidity of the cylinder flange becomes larger than that without the plug, and the periodic deformation of the cylinder flange due to the pulsation of the gas pressure in the pulse tube attached to the cylinder flange is reduced. Thus, vibration of the cooling stage provided at the tip of the pulse tube is prevented.
[0015]
Further, after the regenerator is attached and fixed to the cylinder flange, the base end portion of the regenerator is closed by the plug. Therefore, it becomes possible to fill the regenerator with the regenerator after the regenerator is attached and fixed to the cylinder flange, and the thermal effect on the regenerator when the regenerator is attached and fixed to the cylinder flange. Disappears.
[0016]
The invention according to claim 2
In the regenerator mounting structure of the pulse tube refrigerator of the invention according to claim 1,
The invention is characterized in that a plug is provided which is embedded and fixed to the cylinder flange via the proximal end portion of the pulse tube, with the inner side of the proximal end portion of the pulse tube being filled and having a hole.
[0017]
According to the above configuration, the base end portion of the pulse tube is provided with a plug that is filled inside and has a hole, and is integrally attached and fixed to the cylinder flange via the base end portion of the pulse tube. Therefore, the rigidity of the cylinder flange becomes larger than that of the invention according to the first aspect, and the periodic deformation of the cylinder flange is further reduced.
[0018]
The invention according to claim 3
A regenerator that is switched between a high-pressure gas chamber and a low-pressure gas chamber by a switching valve, a pulse tube having a tip communicated with the regenerator, and a pulse tube having a cooling stage provided at the tip of the pulse tube A regenerator mounting structure for a refrigerator,
A through hole is formed through which the base end of the regenerator is inserted, and the base end of the regenerator passes through the through hole so that the end of the base end passes through the through hole. A cylinder flange that is inserted and fixed in place,
A plug that is embedded and fixed to the cylinder flange through the base end portion of the regenerator, having a hole embedded in the inside of the base end portion of the regenerator,
The mounting surface of the pulse tube in the cylinder flange is provided with a groove into which the base end of the pulse tube is fitted, and a hole is formed in a region surrounded by the groove,
The pulse tube is attached and fixed to the cylinder flange by fitting the base end into the groove of the cylinder flange .
The cylinder flange, the regenerator and the base end of the pulse tube, and the plug are integrated to increase the rigidity of the cylinder flange and to suppress deformation of the cylinder flange due to pulsation of working gas pressure <br / > It is characterized by that.
[0019]
According to the above configuration, the base end portion of the pulse tube is fitted and fixed in a groove provided in the cylinder flange. Therefore, the cylinder flange is not formed with a hole into which the base end portion of the pulse tube is inserted, and the rigidity of the cylinder flange is larger than that of the inventions according to the first and second aspects. The periodic deformation of the cylinder flange is further prevented.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a cross-sectional view of a pulse tube refrigerator to which the regenerative tube mounting structure of the pulse tube refrigerator of the present embodiment is applied.
[0021]
This pulse tube refrigerator includes a first regenerator 1, a second regenerator 2 provided in series in communication with the front end of the first regenerator 1, and a first regenerator 1 through a communication tube 5 at the front end. The first pulse tube 3 communicated with the distal end portion of the second regenerator 2 and the second pulse tube 4 communicated with the distal end portion of the second regenerator 2 through the communication tube 6. And the base end part of the 1st regenerator 1, the 1st pulse tube 3, and the 2nd pulse tube 4 is inserted in the cylinder flange 8 attached to the end surface of the valve chamber 7, and is fixed, and the valve chamber 7 is It is fixed to the motor chamber 9. Here, the first regenerator 1 is filled with a mesh-shaped regenerator material 10 (only part of which is shown), and the second regenerator 2 has a spherical regenerator material 11 (only part of which is shown). Stacked and filled.
[0022]
The valve chamber 7 is provided with a switching valve 12 composed of a rotor and a stator, and a first driving motor 13 provided in the motor chamber 9 drives the rotor of the switching valve 12 to rotate. A base end portion of the regenerator 1 is switched and communicated via a passage 14 to a high pressure chamber 16 having an introduction port 15 and a low pressure chamber 18 having a discharge port 17. The drive motor 13 is housed in the high-pressure chamber 16, the introduction port 15 is connected to the discharge port of the compressor 19, and the discharge port 17 is connected to the suction port of the compressor 19.
[0023]
The base end portion of the first pulse tube 3 is communicated with the passage 14 through a flow path in which a first flow path resistance 20 is interposed. Further, the base end portion of the first pulse tube 3 is communicated with the buffer tank 22 by a flow path provided with a second flow path resistance 21. Although not shown in FIG. 1, the base end portion of the second pulse tube 4 is similarly connected to the passage 14 and the buffer tank 22 through a flow path having a flow path resistance interposed therebetween.
[0024]
In the pulse tube refrigerator having the above-described configuration, the switching valve 12 is rotated by the drive motor 13 and the base end portion of the first regenerator 1 is switched and connected to the high-pressure chamber 16 and the low-pressure chamber 18, thereby As in the case of the pulse tube refrigerator, the working gas is repeatedly compressed and expanded in the first pulse tube 3, and is provided at the tip of the first regenerator 1 by the cold generated by adiabatic expansion at that time. The shield cooling stage 23 and the cooling stage 24 provided at the tip of the first pulse tube 3 are cooled to about 30K to 80K.
[0025]
Furthermore, since the regenerator of this pulse tube refrigerator is configured in two stages, the high-pressure working gas introduced into the first regenerator 1 from the high-pressure chamber 16 is second from the front end of the first regenerator 1. It is introduced into the base end of the regenerator 2. Then, the heat reaches the tip while exchanging heat with the regenerator material 11 of the second regenerator 2 and flows into the tip of the second pulse tube 4 through the communication tube 6. If it does so, the working gas which already exists in the 2nd pulse tube 4 will be pushed by the newly flowed working gas, and will start moving to a base end side. At the same time, the working gas flows into the proximal end portion of the second pulse tube 4 through the first flow path resistance, and the working gas flowing from the distal end portion of the second pulse tube 4 is suppressed. As a result, the timing of movement of the working gas is delayed with respect to the pressure change timing in the second pulse tube 4. Thereafter, the pressure in the second pulse tube 4 becomes higher than the pressure in the buffer tank 22, and the working gas on the proximal end side flows into the buffer tank 22 through the second flow path resistance, and the second pulse tube 4 The working gas inside moves to the base end side.
[0026]
Next, when the first regenerator 1 is switched and connected to the low-pressure chamber 18, the working gas in the second regenerator 2 is sucked into the first regenerator 1 along with the pressure reduction in the first regenerator 1. start. Then, the working gas already existing in the second pulse tube 4 is sucked into the second regenerator 2 and the working gas in the second pulse tube 4 starts to move to the low temperature end side. At the same time, the working gas on the proximal end side of the second pulse tube 4 flows out through the first flow path resistance, and the working gas flowing out from the distal end portion of the second pulse tube 4 is suppressed. After that, the working gas in the buffer tank 22 returns to the second pulse tube 4 through the second flow path resistance, and the working gas in the second pulse tube 4 flows into the low temperature end side of the second regenerator 2, The regenerator material 11 is cooled to move to the high temperature end side while increasing in temperature, and returns to the suction port of the compressor 19 via the first regenerator 1.
[0027]
Thus, in the second pulse tube 4, the working gas cooled to about 30K to 80K by the first pulse tube 3 is repeatedly compressed and expanded, and the second pulse tube is generated by the cold generated by the adiabatic expansion at that time. The cooling stage 25 provided at the front end of 4 is cooled to about 4K.
[0028]
FIG. 2 shows an example of a structure for attaching the first regenerator 1, the first pulse tube 3 and the second pulse tube 4 to the cylinder flange 8. The high temperature ends of the regenerator cylinder 34 of the first regenerator 1, the pulse tube cylinder 35 of the first pulse tube 3 and the pulse tube cylinder 36 of the second pulse tube 4 are formed on the cylinder flange 8 as shown in FIG. 3. The cylinders 34, 35, 36 are inserted into holes 31, 32, 33 having an inner diameter substantially the same as the outer diameter, and are fixed by welding or the like. And in the cool storage cylinder 34, the mesh-shaped cool storage material 10 is laminated | stacked and filled.
[0029]
After that, the opening of the regenerator cylinder 34 has an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the regenerator cylinder 34, and a hole 37 communicating with the passage 14 formed in the valve chamber 7 is provided at the center. The first plug 38 is fitted and fixed by cold fitting or screwing. Further, the opening of the pulse tube cylinder 35 has an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the pulse tube cylinder 35, and a hole communicating with a flow path resistance flow path 39 formed in the valve chamber 7 at the center. The second plug 41 provided with 40 is fitted and fixed by cold fitting or screwing. Similarly, although not shown, a third plug similar to the second plug 41 is fitted into the opening of the pulse tube cylinder 36 and attached and fixed by cold fitting or screwing.
[0030]
Thus, the three holes 31, 32, 33 for inserting the regenerator cylinder 34 and the pulse tube cylinders 35, 36 formed in the cylinder flange 8 into the regenerator cylinder 34 and the pulse tube cylinders 35, 36 are provided. And three first, second and third plugs 38 and 41 (only two shown) in which small holes 37 and 40 (only two are shown) are covered and integrated by cold fitting. As a result, the rigidity of the cylinder flange 8 is increased. Therefore, deformation of the cylinder flange 8 due to pressure pulsation in the pulse tube cylinders 35 and 36 is suppressed.
[0031]
As described above, in the present embodiment, the high temperature ends of the regenerator cylinder 34 and the pulse tube cylinders 35, 36 are used as the holes 31, 32, 33 for the cylinders 34, 35, 36 formed in the cylinder flange 8. And is fixed by cold fitting. After the regenerator cylinder 34 is filled with the mesh-shaped regenerator material 10, holes that communicate with the passage of the valve chamber 7 are provided in the openings of the regenerator cylinder 34 and the pulse tube cylinders 35 and 36. Plugs 38 and 41 (only two are shown) are fitted and fixed by cold fitting or screwing.
[0032]
Accordingly, the rigidity of the cylinder flange 8 can be increased, deformation of the cylinder flange 8 due to pressure pulsation in the regenerator cylinder 34 and the pulse tube cylinders 35 and 36 can be suppressed, and vibration of the cooling stage 25 can be prevented. It can be done. Further, after fixing the high temperature end of the regenerator cylinder 34 to the cylinder flange 8, the regenerator material 34 can be filled in the regenerator cylinder 34. Therefore, the thermal influence with respect to the cool storage material 10 at the time of cold fitting can be eliminated. Further, when the plugs 38 and 41 are fixed by screwing, the plug 38 can be removed and the cold storage material 10 can be replaced, and maintenance can be easily performed.
[0033]
That is, according to the pulse tube refrigerator in the present embodiment, the vibration of the cooling stage 25 can be made smaller than that of the conventional pulse tube refrigerator, and the vibration with respect to a precision device such as an optical device attached to the cooling stage 25 is performed. Thus, the measurement accuracy of the precision instrument can be greatly improved over the conventional pulse tube refrigerator.
[0034]
In the above embodiment, all of the regenerator cylinder 34, pulse tube cylinder 35 and pulse tube cylinder 36 are plugged with plugs, but this is not always necessary. The reason for plugging the cylinder with a plug is that it is necessary to insert and fill the regenerator material into the cylinder after the cylinder is mounted and fixed to the cylinder flange 8. Therefore, the pulse tube cylinders 35 and 36 that originally do not need to be filled with the cold storage material do not necessarily need to be plugged with plugs.
[0035]
Therefore, the rigidity of the cylinder flange 8 can be further increased by setting the mounting structure in the case of the pulse tube cylinders 35 and 36 as follows. That is, a circular groove into which the high-temperature end of the pulse tube cylinders 35 and 36 is fitted is formed at a position where the pulse tube cylinders 35 and 36 are attached in the cylinder flange 8, and the valve chamber 7 is formed at the center portion thereof. A hole communicating with the flow path resistance flow path 39 is provided. The high temperature ends of the pulse tube cylinders 35 and 36 are fitted into the circular groove formed in the cylinder flange 8 and fixed by welding. By doing so, only one hole for inserting the regenerator cylinder 34 need only be formed in the cylinder flange 8, and the rigidity of the cylinder flange 8 can be further increased.
[0036]
【The invention's effect】
As apparent from the above, the regenerator mounting structure of the pulse tube refrigerator of the invention according to claim 1 is mounted by inserting the base end of the cylinder flange into the through hole so that the end passes through the through hole. At least the fixed base end of the regenerator is provided with a plug which has a hole embedded therein and has a hole, and is attached and fixed integrally to the cylinder flange via the base end of the regenerator. The rigidity can be increased as compared with the case without the plug. Therefore, the cylinder flange can be prevented from being deformed due to the pulsation of the gas pressure in the pulse tube attached to the cylinder flange, and the cooling stage provided at the tip of the pulse tube can be prevented from vibrating. it can.
[0037]
Furthermore, since the base end of the regenerator is closed by the plug after the regenerator is attached and fixed to the cylinder flange, the regenerator is filled in the regenerator after the regenerator is attached and fixed to the cylinder flange. can do. Therefore, the thermal influence with respect to the said cool storage material at the time of attaching and fixing the said cool storage to the said cylinder flange can be eliminated.
[0038]
That is, according to the present invention, it is possible to provide a pulse tube refrigerator optimal for cooling precision instruments such as optical instruments.
[0039]
Further, in the regenerator mounting structure for a pulse tube refrigerator according to the second aspect of the present invention, the base end of the pulse tube whose base end is attached and fixed to the cylinder flange has a plug buried inside and having a hole. It is provided and fixed integrally to the cylinder flange via the base end of the pulse tube. Therefore, the rigidity of the cylinder flange can be made larger than in the case of the invention according to claim 1 to further prevent the cooling stage from being deformed.
[0040]
In the regenerator mounting structure for a pulse tube refrigerator according to a third aspect of the present invention, the base end portion of the pulse tube is fitted and fixed in a groove provided in the cylinder flange. Therefore, it is not necessary to form a hole for inserting the base end portion of the pulse tube in the cylinder flange, and the rigidity of the cylinder flange is made larger than in the case of the inventions according to the first and second aspects. The deformation of the cooling stage can be further prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a pulse tube refrigerator to which a cold storage tube mounting structure of a pulse tube refrigerator according to the present invention is applied.
2 is a view showing an example of a structure for attaching the first regenerator, the first pulse tube, and the second pulse tube in FIG. 1 to a cylinder flange.
FIG. 3 is a plan view of a cylinder flange in FIG. 1;
FIG. 4 is a view showing an example of a mounting structure of a regenerator and a pulse tube in a conventional pulse tube refrigerator.
[Explanation of symbols]
1 ... 1st regenerator,
2 ... Second regenerator,
3 ... 1st pulse tube,
4 ... second pulse tube,
5,6 ... Communication pipe,
8 ... Cylinder flange,
10, 11 ... Cold storage material,
12 ... switching valve,
13 ... Drive motor,
16 ... High pressure chamber,
18 ... Low pressure chamber,
19 ... Compressor,
20, 21 ... channel resistance,
22 ... Buffer tank,
24, 25 ... Cooling stage,
31, 32, 33 ... holes,
34 ... Cooler cylinder,
35, 36 ... pulse tube cylinder,
38, 41 ... Plug.

Claims (3)

切換弁(１２)によって高圧ガス室(１６)と低圧ガス室(１８)とに切り換え接続される蓄冷器(１,２)と、この蓄冷器(１,２)に先端部が連通されたパルス管(３,４)と、上記パルス管(３,４)の先端部に設けられた冷却ステージ(２４,２５)を有するパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造であって、
本体に取り付けられると共に、上記蓄冷器(１)およびパルス管(３,４)の基端部が挿通される貫通穴 ( ３１ , ３２ , ３３ ) が形成され、上記蓄冷器 ( １ ) およびパルス管 ( ３ , ４ ) の基端部が、この基端部の端が上記貫通穴 ( ３１ , ３２ , ３３ ) を通過するように上記貫通穴 ( ３１ , ３２ , ３３ ) に挿通されて取り付け固定されたシリンダフランジ(８)と、
少なくとも上記蓄冷器(１)の基端部における内側を埋め且つ穴（３７）を有して、上記蓄冷器(１)の基端部を介して上記シリンダフランジ(８)に一体に取り付け固定されたプラグ(３８)を備え、
上記シリンダフランジ ( ８ ) と上記蓄冷器 ( １ ) の基端部と上記プラグ ( ３８ ) とを一体化させて上記シリンダフランジ ( ８ ) の剛性を高め、作動ガス圧の脈動に起因する上記シリンダフランジ ( ８ ) の変形を抑制する
ことを特徴とするパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造。A regenerator (1, 2) that is switched between a high pressure gas chamber (16) and a low pressure gas chamber (18) by a switching valve (12), and a pulse whose tip is connected to the regenerator (1, 2). A regenerator mounting structure for a pulse tube refrigerator having a tube (3, 4) and a cooling stage (24, 25) provided at the tip of the pulse tube (3,4),
Through holes ( 31 , 32 , 33 ) that are attached to the main body and through which the base ends of the regenerator (1) and the pulse tube (3, 4) are inserted are formed, and the regenerator ( 1 ) and the pulse tube are formed (3, 4) the proximal end portion of the can is inserted fixedly attached to the through hole so that the end of the base end portion passes through the through hole (31, 32, 33) (31, 32, 33) Cylinder flange (8),
At least the inner side of the base end portion of the regenerator (1) is filled and has a hole (37), and is integrally attached and fixed to the cylinder flange (8) via the base end portion of the regenerator (1). equipped with a plug (38) was,
The cylinder flange ( 8 ) , the base end of the regenerator ( 1 ) and the plug ( 38 ) are integrated to increase the rigidity of the cylinder flange ( 8 ) , and the cylinder due to pulsation of the working gas pressure A structure for mounting a regenerator of a pulse tube refrigerator characterized by suppressing deformation of the flange ( 8 ) . 請求項１に記載のパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造において、
上記パルス管(３,４)の基端部における内側を埋め且つ穴(４０)を有して、上記パルス管(３,４)の基端部を介して上記シリンダフランジ(８)に一体に取り付け固定されたプラグ(４１)を備えた
ことを特徴とするパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造。In the regenerator mounting structure of the pulse tube refrigerator according to claim 1,
The inside of the base end portion of the pulse tube (3, 4) is filled and has a hole (40), and is integrated with the cylinder flange (8) through the base end portion of the pulse tube (3, 4). A regenerator mounting structure for a pulse tube refrigerator, comprising a plug (41) fixedly mounted. 切換弁 ( １２ ) によって高圧ガス室 ( １６ ) と低圧ガス室 ( １８ ) とに切り換え接続される蓄冷器 ( １ , ２ ) と、この蓄冷器 ( １ , ２ ) に先端部が連通されたパルス管 ( ３ , ４ ) と、上記パルス管 ( ３ , ４ ) の先端部に設けられた冷却ステージ ( ２４ , ２５ ) を有するパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造であって、
本体に取り付けられると共に、上記蓄冷器 ( １ ) の基端部が挿通される貫通穴 ( ３１ ) が形成され、上記蓄冷器 ( １ ) の基端部が、この基端部の端が上記貫通穴 ( ３１ ) を通過するように上記貫通穴 ( ３１ ) に挿通されて取り付け固定されたシリンダフランジ ( ８ ) と、
上記蓄冷器 ( １ ) の基端部における内側を埋め且つ穴 ( ３７ ) を有して、上記蓄冷器 ( １ ) の基端部を介して上記シリンダフランジ ( ８ ) に一体に取り付け固定されたプラグ ( ３８ ) を備え、
上記シリンダフランジ(８)における上記パルス管(３,４)の取り付け面には、上記パルス管(３,４)の基端が嵌合する溝が設けられると共に、上記溝で囲まれた領域には穴が形成されており、
上記パルス管(３,４)は、上記シリンダフランジ(８)の溝に上記基端が嵌合されることによって、上記シリンダフランジ(８)に取り付け固定されて、
上記シリンダフランジ ( ８ ) と上記蓄冷器 ( １ ) およびパルス管 ( ３ , ４ ) の基端部と上記プラグ ( ３８ ) とを一体化させて上記シリンダフランジ ( ８ ) の剛性を高め、作動ガス圧の脈動に起因する上記シリンダフランジ ( ８ ) の変形を抑制する
ことを特徴とするパルス管冷凍機の蓄冷器取り付け構造。 High pressure gas chamber by a switching valve (12) and (16) and the low pressure gas chamber (18) and the regenerator is switched connections (1, 2), the distal end portion to the regenerator (1, 2) is communicated pulses A regenerator mounting structure for a pulse tube refrigerator having a tube ( 3 , 4 ) and a cooling stage ( 24 , 25 ) provided at the tip of the pulse tube ( 3 , 4 ) ,
With attached to the body, the through hole having a base end portion of the regenerator (1) is inserted (31) is formed, the proximal end of the regenerator (1), the edge of the base end portion The through the hole is inserted into the through hole (31) so as to pass through (31) mounted fixed cylinder flange (8),
The inside of the base end portion of the regenerator ( 1 ) is filled and has a hole ( 37 ) , and is integrally attached and fixed to the cylinder flange ( 8 ) via the base end portion of the regenerator ( 1 ) . With plug ( 38 ) ,
The mounting surface of the pulse tube (3, 4) in the cylinder flange (8) is provided with a groove in which the base end of the pulse tube (3,4) is fitted, and in a region surrounded by the groove. Has a hole,
The pulse tube (3, 4) is fixedly attached to the cylinder flange (8) by fitting the base end into the groove of the cylinder flange (8) .
The cylinder flange ( 8 ) , the regenerator ( 1 ) and the base end of the pulse tube ( 3 , 4 ) and the plug ( 38 ) are integrated to increase the rigidity of the cylinder flange ( 8 ) , and the working gas A regenerator mounting structure for a pulse tube refrigerator , wherein deformation of the cylinder flange ( 8 ) due to pressure pulsation is suppressed .
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