JP6580496B2 - 極低温冷凍機および極低温冷凍機用フレキシブル接続管 - Google Patents

Description

本発明は、極低温冷凍機および極低温冷凍機用フレキシブル接続管に関する。

従来のある極低温冷凍機においては、ある構成要素と他の構成要素（例えば、圧縮機と膨張機）とが剛性管で接続されている。この構成は、接続管内の圧力損失を低減するには有効である。しかし、剛性管はその形状を変え難いため構成要素どうしの相対位置を自由に変えることが難しい。そのため、冷凍機が使用される現場での設置レイアウトが制約される。そこで、設置の自由度を高めるために、フレキシブル管を冷凍機に用いることが提案されている。フレキシブル管は、冷凍機の構成要素間の振動伝達を低減することにも役立つ。

特開２００２−３３３２２４号公報

極低温冷凍機は静粛な環境でのみ使用されるわけではなく、外部からの振動にさらされる場所に設置されることもありうる。例えば、超電導モータで駆動される電気自動車において超電導モータを冷却するために極低温冷凍機を利用することが近年試みられている。外部振動はフレキシブル管に振動を励起させうる。弦の横振動のような振動がフレキシブル管に起こりうる。望ましくないことに、場合によっては外部振動によりフレキシブル管が共振しうる。

共振は、フレキシブル管の固有振動数を外部振動の周波数からずらすことによって抑制されうる。フレキシブル管の長さや重さが変わればフレキシブル管の固有振動数も変わる。しかし、管長の変更は冷凍機の設置レイアウトに影響しうる。冷凍機構成要素のレイアウトを元のままに維持しつつ管長を伸ばした場合には、管の曲がりが大きくなり管に負荷がかかる。管の曲がり度合いが極度に大きくなると、冷凍能力に悪影響が生じうる。また、管に重りを付加した場合には、管が重くなり取り扱いにくくなる。

加えて、外部振動の周波数は極低温冷凍機の設置場所に応じて様々であるし、同じ設置場所においても動的に変わりうるから、あらゆる環境で共振を抑制するようフレキシブル管の固有振動数を予め決めることはそもそも実際上困難である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、フレキシブル管の固有振動数を容易に調整しうる極低温冷凍機用フレキシブル接続管を提供することにある。

本発明のある態様によると、極低温冷凍機は、圧縮機と、前記圧縮機から離れて配置される膨張機と、前記圧縮機を前記膨張機に接続する接続管であって、フレキシブル管と、前記フレキシブル管の全長のうち少なくとも一部にわたり前記フレキシブル管に装着されている剛性調節構造と、を備える接続管と、を備える。

本発明のある態様によると、極低温冷凍機用フレキシブル接続管は、フレキシブル管と、前記フレキシブル管の全長のうち少なくとも一部にわたり前記フレキシブル管に装着されている剛性調節構造と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、フレキシブル管の固有振動数を容易に調整しうる極低温冷凍機用フレキシブル接続管を提供することができる。

本発明のある実施形態に係る極低温冷凍機の全体構成を概略的に示す図である。 本発明のある実施形態に係る剛性調節構造を概略的に示す図である。 図２に示す剛性調節構造の第１取付具のフレキシブル管への固定を例示する。 図２に示す剛性調節構造の第２取付具のフレキシブル管への取付を例示する。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

図１は、本発明のある実施形態に係る極低温冷凍機１０の全体構成を概略的に示す図である。極低温冷凍機１０は、圧縮機１１、接続管１２、及び膨張機１３を備える。圧縮機１１は膨張機１３から離れて配置されている。接続管１２は、圧縮機１１の作動ガス室を膨張機１３の作動ガス室に接続する。接続管１２は、圧縮機１１と膨張機１３との間で作動ガスを流通させるガス流路を提供する。作動ガスは例えばヘリウムガスである。

極低温冷凍機１０は、例えば、スプリット式のスターリング冷凍機である。この場合、圧縮機１１は作動ガスの圧力振動を生成する。これが接続管１２を通じて膨張機１３に伝達される。膨張機１３には圧縮機１１の圧力振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有する圧力振動が駆動される。圧縮機１１と膨張機１３との間に逆スターリングサイクルが形成される。このようにして、膨張機１３は寒冷を発生させる。

接続管１２は、フレキシブル管１４および剛性調節構造１６を備える。フレキシブル管１４は、柔軟性を有する管である。フレキシブル管１４は、簡単に人手で折り曲げることが可能であってもよい。フレキシブル管１４は、第１接続アダプタ１８ａおよび第２接続アダプタ１８ｂを有する。第１接続アダプタ１８ａはフレキシブル管１４を圧縮機１１に接続するためにフレキシブル管１４の一端に設けられ、第２接続アダプタ１８ｂはフレキシブル管１４を膨張機１３に接続するためにフレキシブル管１４の他端に設けられている。

接続管１２は、直線部１２ａおよびカーブ部１２ｂを有する。図１においては、フレキシブル管１４のうち第１接続アダプタ１８ａ側の一部分が直線部１２ａにあたり、フレキシブル管１４のうち第２接続アダプタ１８ｂ側の一部分がカーブ部１２ｂにあたり、直線部１２ａおよびカーブ部１２ｂは隣り合っている。しかし、これは接続管１２の形状を限定的に表すものではない。接続管１２は、任意に湾曲した状態で、または直線的に、圧縮機１１を膨張機１３に接続することができる。接続管１２の取り回しは、極低温冷凍機１０のレイアウト（すなわち圧縮機１１と膨張機１３との位置関係）に応じて変わりうる。

剛性調節構造１６は、フレキシブル管１４の全長のうち少なくとも一部にわたりフレキシブル管１４に装着されている。剛性調節構造１６は、少なくとも１本の補強ワイヤ２０、第１取付具２２、および第２取付具２４を備える。図１においては、剛性調節構造１６は、直線部１２ａに設けられている。剛性調節構造１６は、フレキシブル管１４の剛性（例えば曲げ剛性）を調節することができるよう構成されている。また、剛性調節構造１６は、フレキシブル管１４の補強構造としても働くよう構成されている。

図２は、図１に示す剛性調節構造１６を概略的に示す図である。補強ワイヤ２０は、一端が第１取付具２２に取り付けられ、他端が第２取付具２４に取り付けられて、第１取付具２２から第２取付具２４へと延びている。図２においては、剛性調節構造１６は３本の補強ワイヤ２０をもつが、補強ワイヤ２０の本数はこれに限られず任意である。補強ワイヤ２０、第１取付具２２、および第２取付具２４は、金属または樹脂など任意の材料で形成されている。

第１取付具２２は、その中心開口にフレキシブル管１４が挿通されるよう円環形状を有する。第１取付具２２には複数本の補強ワイヤ２０が等角度間隔に取り付けられている。第１取付具２２と同様に、第２取付具２４は、その中心開口にフレキシブル管１４が挿通されるよう円環形状を有する。第２取付具２４には複数本の補強ワイヤ２０が等角度間隔に取り付けられている。

図３は、第１取付具２２のフレキシブル管１４への固定を例示する。第１取付具２２は、管長手方向の第１位置（例えば直線部１２ａの一端）でフレキシブル管１４に固定されている。例えば、第１取付具２２は、ボルトなどの締結部材２６を用いて第１接続アダプタ１８ａに固定されている。

図４は、第２取付具２４のフレキシブル管１４への取付を例示する。第２取付具２４は、管長手方向の第２位置（第１位置と異なる位置であり、例えば直線部１２ａの他端）で、管長手方向まわりに回転可能にフレキシブル管１４に取り付けられている。例えば、第２取付具２４は、ねじ部２８に取り付けられている。ねじ部２８はフレキシブル管１４の外周面に形成されており、第２取付具２４はねじ部２８においてフレキシブル管１４に対し回転可能である。こうして、補強ワイヤ２０の回転締め付け機構が構成されている。

このようにして、補強ワイヤ２０は、第２取付具２４の回転によりフレキシブル管１４に巻き付けられるようフレキシブル管１４に沿って第１取付具２２から第２取付具２４へと配設されている。補強ワイヤ２０は、フレキシブル管１４に螺旋状に巻き付けられている。

第２取付具２４の回転操作がなされると、補強ワイヤ２０が引っ張られ（または緩み）、補強ワイヤ２０からフレキシブル管１４に作用する締め付け力が変わる。このように剛性調節構造１６をねじるという簡単な操作で締め付け量を調整することが可能である。締め付けの程度に応じてフレキシブル管１４の剛性ひいては接続管１２の固有振動数が変化する。フレキシブル管１４の少なくとも一部に剛性調節構造１６を設けて管の剛性を調節することにより、外部振動との共振を回避するよう管の固有振動数を変更することができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

剛性調節構造１６は、直線部１２ａの少なくとも一部に装着され、カーブ部１２ｂの少なくとも一部に装着され、または、フレキシブル管１４の任意の一部分に装着されていてもよい。剛性調節構造１６は、フレキシブル管１４の全長にわたりフレキシブル管１４に装着されていてもよい。

補強ワイヤ２０に代えて、または補強ワイヤ２０に加えて、剛性調節構造１６は、可撓性をもつ帯状、筒状、またはその他長尺の補強部材を備えてもよい。補強部材は、補強ワイヤ２０と同様に、一端が第１取付具２２に取り付けられ、他端が第２取付具２４に取り付けられて、フレキシブル管１４に沿って第１取付具２２から第２取付具２４へと延びていてもよい。

接続管１２の一部分のみがフレキシブル管１４であってもよい。この場合、接続管１２の他の部分は、リジッド管（固定配管）であってもよい。フレキシブル管１４とは異なり、リジッド管は、（例えば人手で）折り曲げることができない。リジッド管は、例えば金属製の管である。

接続管１２の直線部１２ａにフレキシブル管１４が用いられ、接続管１２のカーブ部１２ｂにリジッド管が用いられてもよい。第１取付具２２が第１接続アダプタ１８ａに固定され、第２取付具２４がリジッド管（すなわちカーブ部１２ｂ）の一端に固定されてもよい。リジッド管（すなわちカーブ部１２ｂ）の他端は第２接続アダプタ１８ｂに固定されてもよい。このようにすれば、フレキシブル管１４の曲がり度合いを小さくすることができ、フレキシブル管１４に作用する負荷を軽減することができる。

接続管１２のうち曲率半径の大きい部分にフレキシブル管１４が用いられ、接続管１２のうち曲率半径の小さい部分にリジッド管が用いられてもよい。このようにしても、フレキシブル管１４の曲がり度合いを小さくすることができ、フレキシブル管１４に作用する負荷を軽減することができる。

剛性調節構造１６およびこれを有する接続管１２は、スターリング冷凍機だけでなく、ＧＭ冷凍機など他の極低温冷凍機にも適用することができる。

１０ 極低温冷凍機、 １１ 圧縮機、 １２ 接続管、 １２ａ 直線部、 １２ｂ カーブ部、 １３ 膨張機、 １４ フレキシブル管、 １６ 剛性調節構造、 ２０ 補強ワイヤ、 ２２ 第１取付具、 ２４ 第２取付具。

Claims (3)

1. 圧縮機と、
   前記圧縮機から離れて配置される膨張機と、
   前記圧縮機を前記膨張機に接続する接続管であって、フレキシブル管と、前記フレキシブル管の全長のうち少なくとも一部にわたり前記フレキシブル管に装着されている剛性調節構造と、を備える接続管と、を備え、
   前記剛性調節構造は、
   管長手方向の第１位置で前記フレキシブル管に固定されている第１取付具と、
   管長手方向の第２位置で管長手方向まわりに回転可能に前記フレキシブル管に取り付けられている第２取付具と、
   前記第２取付具の回転により前記フレキシブル管に巻き付けられるよう前記フレキシブル管に沿って前記第１取付具から前記第２取付具へと配設されている補強ワイヤと、を備えることを特徴とする極低温冷凍機。
2. 前記接続管は直線部およびカーブ部を有しており、前記フレキシブル管は前記直線部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
3. フレキシブル管と、
   前記フレキシブル管の全長のうち少なくとも一部にわたり前記フレキシブル管に装着されている剛性調節構造と、を備え、
   前記剛性調節構造は、
   管長手方向の第１位置で前記フレキシブル管に固定されている第１取付具と、
   管長手方向の第２位置で管長手方向まわりに回転可能に前記フレキシブル管に取り付けられている第２取付具と、
   前記第２取付具の回転により前記フレキシブル管に巻き付けられるよう前記フレキシブル管に沿って前記第１取付具から前記第２取付具へと配設されている補強ワイヤと、を備えることを特徴とする極低温冷凍機用フレキシブル接続管。

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