JP4468851B2 - パルス管冷凍機 - Google Patents

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。

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。

図５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られ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。

蓄冷器２及びパルス管６の各上部には、ステンレス製のハウジング３２が配設されている。また、蓄冷器２及びパルス管６の各下端部は、連通路４により連通し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とが連通路４により連通された構成とされている。

また、パルス管６の高温部（上端部）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が連通されている。更に、圧力振動発生器と蓄冷器２とを連通する配管と、パルス管６とバッファタンク８とを連通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。

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。

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から連通路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の低温部へ流入する。

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。

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。

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により連通されている。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。

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、特に上端部に設けられハウジング３２内に位置する熱交換器５ａは、図６に拡大して示すように、熱交換器５ａ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。

一方、他の構成の熱交換器としては、特許文献１に開示されるように、積層金網と多孔板を組み合わせることにより、また第１の多孔板、第１の積層金網、第２の多孔板、及び第２の積層金網をこの順で並設した構成のものも提案されている。
特開２００３−１４８８２６号公報

ここで、従来のパルス管冷凍機における、特にパルス管６とハウジング１２との間における熱交換器５ａの熱伝導特性に注目する。従来の熱交換器５ａでは、単にパンチングプレート或いは網目の粗さが等しいメッシュを積層した構成、或は複数の多孔板と網目の粗さが等しい積層金網とを積層した構成であったため、ハウジング１２からパルス管６に向けヘリウムガスが流入する際、流入するヘリウムガスとハウジング１２との熱交換が良好に行われない。このため、温度の高いヘリウムガスがパルス管６に流入し、この侵入熱によりパルス管６の冷却効率が低下してしまうという問題点があった。

また、パルス管６からハウジング１２に向けヘリウムガスが流れる場合には、オリフィス７ａ及びバッファタンク８の特性維持の点よりヘリウムガスの熱（冷気）をハウジング１２で熱交換する必要がある。しかしながら、上記と同様の理由により、この熱交換も十分に行うことができないという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の熱交換特性を高めたパルス管冷凍機を提供することを目的とする。

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。

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、
該圧力振動発生器と接続された蓄冷器と、
該蓄冷器と連通するパルス管と、
該パルス管と連通する位相制御機構と
前記パルス管の端部に配設される熱交換器とを有するパルス管冷凍機において、
該熱交換器は、
複数の貫通孔が形成された多孔板とスペーサとが交互に積層された第１の積層部と、
下部メッシュ部材を複数積層してなる第２の積層部とを有し、
前記スペーサは、メッシュ部材であり、
かつ、下部メッシュ部材は、前記スペーサとして用いる前記メッシュ部材よりも網目の細かいものを用いたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、第１の積層部は多孔板とスペーサとが交互に積層された構成であるため、隣接する多孔板間はスペーサにより均一の距離で高密度に配置されるため、熱交換特性を高めることができる。

また、第２の積層部では、網目の細かい下部メッシュ部材が複数積層しているため、作動ガスとの接触面積は広く、かつ第１の積層部を通過してきた作動ガスは整流されているため、作動ガスと下部メッシュ部材との間における熱交換効率は高くなる。よって、第１及び第２の積層部を設けることにより、作動ガスとの間における熱交換効率を高めることができ、これによりパルス管冷凍機の冷却特性を高めることができる。

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、前記パルス管を支持するフランジ上部に設けられたハウジング内に位置するよう配設されていることを特徴とするものである。

上記発明によれば、作動ガスとハウジングとの間において効率良く熱の授受を行うことが可能となる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機において、
前記スペーサとして用いるメッシュ部材として粗さ＃１０〜＃８０の金網を用い、前記下部メッシュ部材として粗さ＃８０〜＃４００の金網を用いたことを特徴とするものである。

また、請求項４記載の発明は、
請求項２又は３に記載のパルス管冷凍機において、
前記ハウジングの材料をアルミニウムとしたことを特徴とするものである。

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ため、パルス管冷凍機の冷却特性を高めることができる。

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。

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。

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。また、このフランジ３２の上部には、ハウジング１２が配設されている。このハウジング１２は、従来ハウジングとして用いられていたステンレスに比べて熱伝導率が高いアルミニウムにより形成されている。

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。更に、第１段目パルス管２６Ａ及び第２段目パルス管２６Ｂの高温側（上端側）及び低温側（下端側）には、それぞれ図１及び図２には図示されない熱交換器が内設されている。

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。

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。

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、この配線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。

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、この配線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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上記の二段式のダブルオリフィス型パルス冷凍機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。

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。

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。

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。

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。

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。

続いて、本発明の要部となる熱交換器４０について説明する。本実施例に係る熱交換器４０は、第１段目パルス管２６Ａ及び第２段目パルス管２６Ｂの高温側（図１及び図２に矢印Ａ１，Ａ２に示される部位）に配設されるものである。

図３及び図４は、熱交換器４０を拡大して示す断面図である。熱交換器４０は、大略すると第１の積層部４５と第２の積層部４６とにより構成されており、ハウジング１２の内部に配設されている。具体的には、ハウジング１２内の、パルス管２６Ａ，２６Ｂがフランジ３２に保持される部位よりも上部位置に設けられている。また、第１の積層部４５はハウジング３２側に、第２の積層部４６はパルス管２６Ａ,２６Ｂ側に配置されている。

第１の積層部４５は、多孔板４１とスペーサとにより構成されている。本実施例では、スペーサとしてメッシュ部材４３（以下、第１のメッシュ部材４３という）を用いている。多孔板４１は熱伝導率の高い材料（本実施例では、銅）よりなり、また多数の小孔４２が穿設されている。ヘリウムガスはこの小孔４２を通過することにより整流され、パルス管２６Ａ，２６Ｂ内における流速分布が均一化される。小孔４２の直径は、多孔板４１の直径を52ｍｍとした場合には約0.5ｍｍであり、その隣接するピッチは約0.95ｍｍである。

第１のメッシュ部材４３は、多孔板４１と同様に熱伝導率の高い材料（本実施例では、銅）よりなる線材を網目状に配設した構成とされている。この第１のメッシュ部材４３は、本実施例では粗さ＃１６の比較的網目の粗い金網を用いているが、粗さ＃１０〜＃８０の範囲の金網を用いることが可能である。

上記の多孔板４１と第１のメッシュ部材４３は交互に積層され、これにより第１の積層部４５が形成される。図３においては、図示の便宜上、多孔板４１と第１のメッシュ部材４３との間に隙間があるように図示しているが、実際は多孔板４１と第１のメッシュ部材４３とは密着した状態で積層されている。このため、隣接する一対の多孔板４１の離間距離は、第１のメッシュ部材４３の厚さにより決められることとなる。即ち、上記したのように第１のメッシュ部材４３は、積層される多孔板４１のスペーサとして機能する。

尚、本実施例では上記のように隣接する多孔板４１間を所定の距離離間させるスペーサとして第１のメッシュ部材４３を用いた例を示しているが、このスペーサはメッシュ部材に限定されるものではない。例えば、スペーサとしてリング状部材を用いることが可能である。リング状部材の具体例としては、材質として銅あるいはアルミニウムからなる厚さ0.1mm〜1.0mm、リング部分の幅が2mm程度のものを用いることができる。

一方、第２の積層部４６はパルス管２６Ａ,２６Ｂ側に配設されており、複数（本実施例では１０枚）の下部メッシュ部材４４を積層した構成とされている。この下部メッシュ部材４４（以下、第２のメッシュ部材４４という）は、本実施例では前記した第１のメッシュ部材４３よりも網目の細かい、粗さ＃２５０の比較的網目の細かい金網を用いている。しかしながら、第２のメッシュ部材４４の網目の粗さはこれに限定されるものではなく、粗さ＃８０〜＃４００の金網を用いることができる。

上記構成とされた熱交換器４０は、第１の積層部４５では多孔板４１と第１のメッシュ部材４３とを交互に積層されており、第１のメッシュ部材４３は隣接する多孔板４１間を一定の間隔で保持するスペーサとして機能すると共に、多孔板４１に形成された小孔４２と共に第１の積層部４５を通過するヘリウムガスを整流する機能を奏する。

これにより、隣接する多孔板４１は第１のメッシュ部材４３により均一の距離で高密度に配置されるため、ヘリウムガスが第１の積層部４５を通過する際、ヘリウムガスと第１の積層部４５（多孔板４１，第１のメッシュ部材４３）との間における熱交換を良好に行うことができる。また、上記のようにヘリウムガスは第１の積層部４５内において整流されるため、第１の積層部４５内において熱の偏りが発生することを防止でき、これによっても熱交換特性を高めることができる。

また、第２の積層部４６では、網目の細かい第２のメッシュ部材４４が複数積層されているため、ヘリウムガスとの接触面積を広く取ることができる。このため、第２のメッシュ部材４４は、第１のメッシュ部材４３に比べてヘリウムガスとの間における熱交換効率は高くなる。

具体的には、第１のメッシュ部材４３として粗さ＃１６の金網（メッシュ）を用いた場合は１枚あたりの表面積が5.6cｍ²であるのに対し、第２のメッシュ部材４４として粗さ＃２５０の金網（メッシュ）を用いた場合は１枚あたりの表面積が38.0cｍ²となる。このように、第１のメッシュ部材４３と第２のメッシュ部材４４では表面積で大きな差かあるため、第２のメッシュ部材４４における熱交換特性は、第１のメッシュ部材４３に比べて良好である。特に、ヘリウムガスがハウジング１２側からパルス管２６Ａ,２６Ｂに向け流れる場合には、ヘリウムガスは第１の積層部４５により整流されているため、第２のメッシュ部材４４との熱交換をより良好に行うことができる。

このように、本実施例では熱交換器４０を第１及び第２の積層部４５，４６を設けた構成としたことにより、ヘリウムガスとの間における熱交換効率を高めることができ、これによりパルス管冷凍機２０Ａ，２０Ｂの冷却特性を高めることができる。

また、第１及び第２の積層部４５，４６の配置については、前記したように第１の積層部４５をハウジング１２側に配置し、第２の積層部４６をパルス管２６Ａ,２６Ｂ側に配置することが重要である。本発明者は、本実施例と逆の構成である第１の積層部４５をパルス管２６Ａ,２６Ｂ側に配置し、第２の積層部４６をハウジング１２側に配置した熱交換器（以下、比較例に係る熱交換器という）を作製し、この比較例に係る熱交換器を適用した場合と本実施例に係る熱交換器４０を適用した場合における第２段目パルス管２６Ｂの冷却特性を比較した。

その結果、比較例に係る熱交換器を用いた場合には、第２段目パルス管２６Ｂの性能は１Ｗ負荷時4.51Kであるのに対し、本実施例に係る熱交換器４０を用いた場合における第２段目パルス管２６Ｂの性能は１Ｗ負荷時4.15Kとなり、0.36Kもの性能向上を図ることが確認できた。

一方、本実施例では熱交換器４０はハウジング１２内に位置するよう配設されており、このハウジング１２は熱伝導の良好なアルミニウムにより形成されている。このように熱変換効率の高い熱交換器４０が熱伝導の良好なハウジング１２内に設けられているため、ヘリウムガスとハウジング１２との間において効率良く熱の授受を行うことが可能となる。

これにより、ハウジング１２からパルス管２６Ａ,２６Ｂに向けヘリウムガスが流入する場合には、温度の高いヘリウムガスの熱は熱交換器４０及びハウジング１２で熱交換され、よってパルス管２６Ａ，２６Ｂ内への侵入熱を低減することができる。また、パルス管２６Ａ,２６Ｂからハウジング１２に向けヘリウムガスが流入する場合には、パルス管２６Ａ,２６Ｂの低温側で冷却されたヘリウムガスは、熱交換器４０及びハウジング１２で確実に昇温される。これにより、回収されるヘリウムガスにより、圧力振動発生器（ヘリウム圧縮機２１等）が損傷することを防止できる。

図１は、本発明の一実施例である二段式のダブルインレットタイプのパルス管冷却機を示す構成図である。 図２は、本発明の一実施例である二段式の４バルブタイプのパルス管冷却機を示す構成図である。 図３は、本発明の要部となる熱交換器の近傍を拡大して示す断面図である。 図４は、本発明の要部となる熱交換器の分解斜視図である。 図５は、従来の一例であるパルス管冷却機の構成図である。 図６は、従来の一例であるパルス管冷却機に設けられていた熱交換器を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１２ ハウジング
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の連通路
２４Ｂ 第２の連通路
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 ハウジング
３３ａ，３４ａ 高圧弁
３３ｂ，３４ｂ 低圧弁
４０ 熱交換器
４１ 多孔板
４２ 小孔
４３ 第１のメッシュ部材
４４ 第２のメッシュ部材
４５ 第１の積層部
４６ 第２の積層部

Claims (4)

1. 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、
   該圧力振動発生器と接続された蓄冷器と、
   該蓄冷器と連通するパルス管と、
   該パルス管と連通する位相制御機構と
   前記パルス管の端部に配設される熱交換器とを有するパルス管冷凍機において、
   該熱交換器は、
   複数の貫通孔が形成された多孔板とスペーサとが交互に積層された第１の積層部と、
   下部メッシュ部材を複数積層してなる第２の積層部とを有し、
   前記スペーサは、メッシュ部材であり、
   かつ、下部メッシュ部材は、前記スペーサとして用いる前記メッシュ部材よりも網目の細かいものを用いたことを特徴とするパルス管冷凍機。
2. 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、前記パルス管を支持するフランジ上部に設けられたハウジング内に位置するよう配設されていることを特徴とするパルス管冷凍機。
3. 請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機において、
   前記スペーサとして用いる前記メッシュ部材として粗さ＃１０〜＃８０の金網を用い、前記下部メッシュ部材として粗さ＃８０〜＃４００の金網を用いたことを特徴とするパルス管冷凍機。
4. 請求項２又は３に記載のパルス管冷凍機において、
   前記ハウジングの材料をアルミニウムとしたことを特徴とするパルス管冷凍機。

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