JPH09296964A - Pulse pipe refrigerator - Google Patents

Pulse pipe refrigerator

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JPH09296964A
JPH09296964A JP8110698A JP11069896A JPH09296964A JP H09296964 A JPH09296964 A JP H09296964A JP 8110698 A JP8110698 A JP 8110698A JP 11069896 A JP11069896 A JP 11069896A JP H09296964 A JPH09296964 A JP H09296964A
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JP
Japan
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pulse tube
cold
regenerator
refrigerator
gas
Prior art date
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Application number
JP8110698A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kanao
憲一 金尾
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to arrange a pulse tube by deforming the pulse tube according to a shape to be cooled and a vacant space of a device to be installed in. SOLUTION: First end portions of a pulse tube 3 and a cold storage device 1 having a shape corresponding to a circular curve are connected to each other through a cold stage 2 so that the pulse tube 3 and the cold storage device 1 are arranged along a circumference of a circle. When supply of operating gas from a compressor 10 into a cold storage device 1 and recovery of the gas from the cold storage device 1 to the compressor 10 are repeated, cold is generated at a portion of the cold stage 2 and heat is generated at another end portion of the pulse tube 3. The cold generated at the cold stage 2 is transmitted to a cold panel 8 via a cold plate 7 to cool the cold plate 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス管冷凍機に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pulse tube refrigerator.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、パルス管冷凍機の動作原理につい
て説明する前に、パルス管冷凍機と同様に作動ガスの圧
力変化と体積変化との位相差を利用して寒冷を発生する
スターリング冷凍機の原理について簡単に説明する。
2. Description of the Related Art First, before explaining the operation principle of a pulse tube refrigerator, a Stirling refrigerator which produces cold by utilizing a phase difference between a pressure change and a volume change of a working gas like a pulse tube refrigerator. The principle of will be briefly described.

【0003】図5(A)は、一般的なスターリング冷凍
機の断面を概略図で示す。シリンダ52内にディスプレ
ーサ53が配置されている。ディスプレーサ53は、図
には示さないバネ等によってシリンダ52内に、図の左
右方向に往復運動可能に支持されている。ディスプレー
サ53の図中左側には圧縮空間57が、右側には膨張空
間58が形成されている。
FIG. 5A is a schematic view showing a cross section of a general Stirling refrigerator. A displacer 53 is arranged in the cylinder 52. The displacer 53 is supported in the cylinder 52 by a spring or the like (not shown) so as to be capable of reciprocating in the left-right direction in the figure. A compression space 57 is formed on the left side of the displacer 53 in the figure, and an expansion space 58 is formed on the right side.

【0004】圧縮空間57は、ガス流路55、54を介
して圧縮機50に接続されている。膨張空間58は、ガ
ス流路56を介して蓄冷器51に接続され、蓄冷器51
は、ガス流路54を介して圧縮機50に接続されてい
る。
[0004] The compression space 57 is connected to the compressor 50 via gas passages 55 and 54. The expansion space 58 is connected to the regenerator 51 via the gas passage 56, and is connected to the regenerator 51.
Is connected to the compressor 50 via the gas passage 54.

【0005】圧縮機50からガス流路54を通して周期
的に圧縮ガスが供給され、または回収される。このとき
ディスプレーサ53は、シリンダ52内の圧力の変化に
対して一定の時間遅れをもって往復運動する。このた
め、圧縮空間57、膨張空間58内の作動ガスの圧力と
体積は一定の位相差をもって変化する。この位相差によ
って発熱あるいは吸熱が生ずる。
[0005] A compressed gas is periodically supplied or recovered from a compressor 50 through a gas passage 54. At this time, the displacer 53 reciprocates with a certain time delay with respect to the change in the pressure in the cylinder 52. For this reason, the pressure and volume of the working gas in the compression space 57 and the expansion space 58 change with a certain phase difference. This phase difference causes heat generation or heat absorption.

【0006】図5(A)の場合には、圧縮空間57で発
熱が生じ、膨張空間58で寒冷が生ずる。スターリング
冷凍機の冷凍能力は、膨張空間内のガスの体積と圧力の
変化を表すP−Vダイヤグラムの面積に比例する。P−
Vダイヤグラムの面積はガスの圧力変化と体積変化との
位相差の関数であり、この位相差を適切に制御すること
により冷凍能力の向上を図ることができる。
In the case of FIG. 5 (A), heat is generated in the compression space 57 and cold is generated in the expansion space 58. The refrigerating capacity of the Stirling refrigerator is proportional to the area of the PV diagram representing the change in gas volume and pressure in the expansion space. P-
The area of the V-diagram is a function of the phase difference between the gas pressure change and the volume change, and the refrigeration capacity can be improved by appropriately controlling the phase difference.

【0007】図5(B)は、基本的なパルス管冷凍機の
断面を概略図で示す。パルス管60の一端(開端部)が
ガス流路62を介して蓄冷器51に接続されている。蓄
冷器51はガス流路61を介して圧縮機50に接続され
ている。パルス管60の他端は、完全な閉端とされてい
る。
FIG. 5B is a schematic view showing a cross section of a basic pulse tube refrigerator. One end (open end) of the pulse tube 60 is connected to the regenerator 51 via the gas passage 62. The regenerator 51 is connected to the compressor 50 via a gas passage 61. The other end of the pulse tube 60 is a completely closed end.

【0008】圧縮機50から供給される圧縮ガスは、ガ
ス流路61、蓄冷器51、ガス流路62を通り等温的に
パルス管60内に入る。パルス管60内には、初めに低
圧のガスが存在するが、圧縮されて導入されるガスによ
りパルス管60内のガスも圧縮される。このガスによる
一方向性圧縮効果により、パルス管60内に温度勾配が
生ずる。圧縮熱はパルス管60の壁に伝達される。この
温度勾配は圧縮流の向きに対して正となるので、圧縮熱
の多くはパルス管60の閉端部で発生する。
[0008] The compressed gas supplied from the compressor 50 passes through the gas passage 61, the regenerator 51, and the gas passage 62 and enters the pulse tube 60 isothermally. The low-pressure gas initially exists in the pulse tube 60, but the gas in the pulse tube 60 is also compressed by the gas introduced by being compressed. Due to the unidirectional compression effect of this gas, a temperature gradient is generated in the pulse tube 60. The heat of compression is transmitted to the wall of the pulse tube 60. Since this temperature gradient is positive with respect to the direction of the compressed flow, much of the heat of compression is generated at the closed end of the pulse tube 60.

【0009】ガスが圧縮機50に回収される際には、パ
ルス管60内のガスが膨張する。ガスの流れの向きは、
圧縮のときとは逆になり、パルス管60内にガス流の向
きに対して負となるような温度勾配ができる。しかし、
膨張開始前に熱除去が行われているので、作動ガス全体
の平均温度は圧縮時よりも低くなっており、その結果ガ
スはパルス管60の壁から熱を受ける。パルス管60の
開端部は、この温度勾配によって最も温度の低い部分と
なり、この部分で寒冷が発生する。
When the gas is collected by the compressor 50, the gas in the pulse tube 60 expands. The direction of gas flow is
In contrast to the compression, a temperature gradient is generated in the pulse tube 60 that is negative with respect to the direction of the gas flow. But,
Since the heat is removed before the start of expansion, the average temperature of the entire working gas is lower than at the time of compression, so that the gas receives heat from the wall of the pulse tube 60. The open end of the pulse tube 60 becomes the lowest temperature portion due to this temperature gradient, and cold occurs in this portion.

【0010】冷却効率を高めるためには、開端部におけ
る変動圧力と体積流量との位相差を90度に近づける必
要がある。作動ガスが圧縮気体であること、及び温度勾
配が存在することにより開端部における位相差は閉端部
における位相差よりも小さくなってしまう。従って、開
端部における位相差を90度にするためには、閉端部に
おける位相差を90度よりも大きくしなければならな
い。
In order to improve the cooling efficiency, it is necessary to bring the phase difference between the fluctuating pressure and the volumetric flow rate at the open end close to 90 degrees. The phase difference at the open end is smaller than the phase difference at the closed end due to the fact that the working gas is a compressed gas and a temperature gradient exists. Therefore, in order to make the phase difference at the open end 90 degrees, the phase difference at the closed end must be larger than 90 degrees.

【0011】しかし、パルス管冷凍機では、スターリン
グ冷凍機におけるディスプレーサに相当する部分がない
ため、作動ガスの変動圧力と体積流量との位相差を制御
することが困難である。従って十分な冷凍能力を得るこ
とが困難となる。
However, in the pulse tube refrigerator, since there is no portion corresponding to the displacer in the Stirling refrigerator, it is difficult to control the phase difference between the fluctuation pressure of the working gas and the volume flow. Therefore, it is difficult to obtain a sufficient refrigeration capacity.

【0012】上記問題を解決するために、図5(C)に
示すような改良が提案されている。図5(C)は、オリ
フィスパルス管冷凍機の断面を概略図で示す。オリフィ
スパルス管冷凍機は、図5(B)に示す基本型パルス管
冷凍機のパルス管60の閉端部に流路インピーダンス6
3を介して中間圧室64を設けたものである。この流路
インピーダンス63と中間圧室64は、それぞれ電気回
路のインピーダンスとコンデンサとの直列回路と同様の
働きをし、作動ガスの変動圧力と体積流量の位相差を発
生する。
In order to solve the above problem, an improvement as shown in FIG. 5 (C) has been proposed. FIG. 5C is a schematic view showing a cross section of the orifice pulse tube refrigerator. The orifice pulse tube refrigerator has a flow path impedance 6 at the closed end of the pulse tube 60 of the basic type pulse tube refrigerator shown in FIG. 5 (B).
3, an intermediate pressure chamber 64 is provided. The flow path impedance 63 and the intermediate pressure chamber 64 perform the same function as the series circuit of the impedance of the electric circuit and the capacitor, respectively, and generate a phase difference between the fluctuating pressure of the working gas and the volume flow rate.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】パルス管冷凍機は、低
温部に可動部分がなく構造も簡単である。従来のスター
リング冷凍機及びギフォードマクマホン冷凍機では、シ
リンダ内をディスプレーサが往復運動するため、その形
状に制約があった。すなわち、これらの冷凍機のシリン
ダは、ディスプレーサが往復運動し易いように直円筒状
形状にされる。
The pulse tube refrigerator has a simple structure with no moving parts in the low temperature part. In the conventional Stirling refrigerator and Gifford McMahon refrigerator, the displacer reciprocates in the cylinder, so that the shape thereof is limited. That is, the cylinders of these refrigerators have a right cylindrical shape so that the displacer can easily reciprocate.

【0014】従来のパルス管冷凍機は、スターリング冷
凍機等の置き換えを目的としていたため、パルス管の形
状はシリンダと同様の直円筒状形状であった。本発明の
目的は、新規な形状を有するパルス管冷凍機を提供する
ことである。
Since the conventional pulse tube refrigerator was intended to replace a Stirling refrigerator or the like, the shape of the pulse tube was a straight cylindrical shape similar to a cylinder. An object of the present invention is to provide a pulse tube refrigerator having a novel shape.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、内部空洞を有し、ある曲線若しくは折れ線に沿って
配置された軸方向を有するパルス管と、前記パルス管の
一端に接続された蓄冷器であって、該蓄冷器を通して前
記パルス管に作動ガスが導入され、かつ前記パルス管か
ら作動ガスが回収され、作動ガスと熱交換を行う前記蓄
冷器とを有するパルス管冷凍機が提供される。
According to one aspect of the present invention, a pulse tube having an internal cavity and having an axial direction arranged along a curved line or a polygonal line is connected to one end of the pulse tube. There is provided a pulse tube refrigerator having a regenerator, wherein the working gas is introduced into the pulse tube through the regenerator, the working gas is recovered from the pulse tube, and the regenerator performs heat exchange with the working gas. To be done.

【0016】パルス管冷凍機にはディスプレーサ等の可
動部がないため、パルス管の形状に対する自由度が高
く、パルス管を曲線若しくは折れ線に沿って配置するこ
とができる。冷却対象物の形状、組み込み装置の空きス
ペースの形状に応じてパルス管または蓄冷器を変形して
配置することにより、装置の小型化、省スペース化を図
ることができる。
Since the pulse tube refrigerator does not have a moving part such as a displacer, the pulse tube has a high degree of freedom regarding the shape of the pulse tube, and the pulse tube can be arranged along a curved line or a broken line. By modifying and disposing the pulse tube or the regenerator according to the shape of the object to be cooled and the shape of the empty space of the built-in device, it is possible to reduce the size and space of the device.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1(A)及び(B)を参照し、
パルス管冷凍機を真空ポンプのコールドトラップに適用
した場合を例にとって、本発明の第1の実施例について
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Referring to FIGS. 1 (A) and 1 (B),
The first embodiment of the present invention will be described by taking the case where the pulse tube refrigerator is applied to a cold trap of a vacuum pump as an example.

【0018】図1(A)は、第1の実施例によるパルス
管冷凍機を用いたコールドトラップの平断面図、図1
(B)は、図1(A)の一点鎖線B1−B1における断
面図を示す。
FIG. 1A is a plan sectional view of a cold trap using the pulse tube refrigerator according to the first embodiment, FIG.
FIG. 1B shows a cross-sectional view taken along alternate long and short dash line B1-B1 in FIG.

【0019】半円周状の曲線に沿った形状を有するパル
ス管3と蓄冷器1の各々の一端が、コールドステージ2
を介して相互に接続され、パルス管3と蓄冷器1とが1
つの円周に沿って配置されている。
One end of each of the pulse tube 3 and the regenerator 1 having a shape along a semicircular curve is connected to the cold stage 2.
The pulse tube 3 and the regenerator 1 are connected to each other via
It is arranged along one circumference.

【0020】パルス管3は、例えばステンレス製の中空
の管で構成され、蓄冷器1は、ステンレス製の中空の管
の中に蓄冷材を充填して構成される。蓄冷材としては、
例えば円盤状のステンレスメッシュが用いられる。コー
ルドステージ2は、例えば無酸素銅製の箱で構成され、
蓄冷器1とパルス管3との間で作動ガスを流通させる。
コールドステージ2は、その内部にフィン若しくは銅の
メッシュを有し、内部を流れる作動ガスと効果的に熱交
換することができる。
The pulse tube 3 is composed of, for example, a hollow stainless steel tube, and the regenerator 1 is composed of a hollow stainless steel tube filled with a regenerator material. As a cold storage material,
For example, a disc-shaped stainless mesh is used. The cold stage 2 is composed of, for example, a box made of oxygen-free copper,
A working gas is circulated between the regenerator 1 and the pulse tube 3.
The cold stage 2 has fins or a copper mesh inside and can effectively exchange heat with the working gas flowing inside.

【0021】蓄冷器1の他端にはガス流路6が取り付け
られ、ガス流路6の先端が圧縮機10に接続されてい
る。圧縮機10は、圧縮ガスの供給と回収を周期的に繰
り返す。圧縮機10から圧縮ガスが供給される半周期
に、ガス流路6を介して蓄冷器1内に圧縮された作動ガ
スが供給される。他の半周期に、蓄冷器1内の作動ガス
が圧縮機10に回収される。
A gas passage 6 is attached to the other end of the regenerator 1, and the tip of the gas passage 6 is connected to the compressor 10. The compressor 10 periodically repeats supply and recovery of compressed gas. The compressed working gas is supplied into the regenerator 1 via the gas flow path 6 in a half cycle in which the compressed gas is supplied from the compressor 10. In the other half cycle, the working gas in the regenerator 1 is recovered by the compressor 10.

【0022】パルス管3の他端には、細管5を介して中
間圧室4が結合されている。パルス管3と中間圧室4と
の間で、細管5を通って作動ガスが輸送される。細管5
は、作動ガスの流れに対して、流路インピーダンスとし
て作用する。
An intermediate pressure chamber 4 is connected to the other end of the pulse tube 3 via a thin tube 5. The working gas is transported through the thin tube 5 between the pulse tube 3 and the intermediate pressure chamber 4. Thin tube 5
Acts as a flow path impedance for the flow of the working gas.

【0023】パルス管3と蓄冷器1とによって画定され
る円周の内部に銅製のコールドプレート7が配置されて
いる。コールドプレート7は、コールドステージ2に取
り付けられ、熱的に結合している。コールドプレート7
に、円錐台の側面形状を有する3枚のコールドパネル8
が取り付けられている。コールドパネル8は、パルス管
3と蓄冷器1とによって画定される円周と同心円状に配
置されている。コールドパネル8とパルス管3及び蓄冷
器1との間に、円筒状の断熱板9が配置されている。
A cold plate 7 made of copper is arranged inside the circumference defined by the pulse tube 3 and the regenerator 1. The cold plate 7 is attached to the cold stage 2 and is thermally coupled thereto. Cold plate 7
3 cold panels 8 having the shape of a truncated cone
Is attached. The cold panel 8 is arranged concentrically with the circumference defined by the pulse tube 3 and the regenerator 1. A cylindrical heat insulating plate 9 is arranged between the cold panel 8 and the pulse tube 3 and the regenerator 1.

【0024】圧縮機10から蓄冷器1内への作動ガスの
供給、及び蓄冷器1から圧縮機10への作動ガスの回収
を繰り返すと、コールドステージ2の部分で寒冷が発生
し、パルス管3の他端で発熱が生ずる。コールドステー
ジ2に発生した寒冷が、コールドプレート7を通ってコ
ールドパネル8に伝わり、コールドプレート8が冷却さ
れる。
When the supply of the working gas from the compressor 10 into the regenerator 1 and the recovery of the working gas from the regenerator 1 to the compressor 10 are repeated, cold is generated in the cold stage 2 and the pulse tube 3 is used. Generates heat at the other end of. The cold generated in the cold stage 2 is transmitted to the cold panel 8 through the cold plate 7, and the cold plate 8 is cooled.

【0025】細管5及び中間圧室4は、パルス管冷凍機
の冷却効率を高める作用を果たす。細管5及び中間圧室
4を配置することにより、冷却効率が向上する理由は以
下のように考察される。
The thin tube 5 and the intermediate pressure chamber 4 serve to enhance the cooling efficiency of the pulse tube refrigerator. The reason why the cooling efficiency is improved by disposing the thin tube 5 and the intermediate pressure chamber 4 is considered as follows.

【0026】作動ガスの流体系を電気回路網で疑似し、
変動圧力を交流電圧に対応させたとき、パルス管と中間
圧室との間に接続された細管はインダクタンスとして働
く。また、中間圧室はキャパシタンスとして働く。従っ
て、このインダクタンスの大きさを適当な値にすること
により、パルス管の高温端における変動圧力と体積流量
との位相差を90度以上にすることができる。
The working fluid fluid system is simulated by an electric circuit network,
When the fluctuating pressure is made to correspond to the alternating voltage, the thin tube connected between the pulse tube and the intermediate pressure chamber acts as an inductance. Also, the intermediate pressure chamber works as a capacitance. Therefore, by setting the magnitude of this inductance to an appropriate value, the phase difference between the fluctuating pressure and the volumetric flow rate at the high temperature end of the pulse tube can be made 90 degrees or more.

【0027】パルス管内の作動ガスは圧縮性気体であ
り、管内に温度差が存在するため、パルス管の低温端に
おける位相差は高温端における位相差よりも小さくな
る。この高温端における位相差を90度以上にすること
ができるため、低温端における位相差を90度に近づけ
ることができる。位相差が90度に近づくことにより、
冷却効率が向上するを考えられる。
Since the working gas in the pulse tube is a compressible gas and there is a temperature difference in the tube, the phase difference at the low temperature end of the pulse tube is smaller than the phase difference at the high temperature end. Since the phase difference at the high temperature end can be set to 90 degrees or more, the phase difference at the low temperature end can be close to 90 degrees. As the phase difference approaches 90 degrees,
It is considered that the cooling efficiency is improved.

【0028】断熱板9は、パルス管3の高温端からの輻
射熱を遮断し、コールドパネル8の冷却効率を高める。
図1(A)に示すように、コールドパネル8の周囲を取
り囲むようにパルス管3及び蓄冷器1を配置することに
より、突出部の少ないコンパクトな装置構成とすること
が可能になる。また、パルス管冷凍機は、ディスプレー
サの往復運動による振動を発生しないため、コールドパ
ネルの振動を抑制することができ、コールドパネルの振
動による吸着物の脱落を防止できる。
The heat insulating plate 9 blocks radiant heat from the high temperature end of the pulse tube 3 and enhances the cooling efficiency of the cold panel 8.
As shown in FIG. 1 (A), by arranging the pulse tube 3 and the regenerator 1 so as to surround the cold panel 8, it is possible to achieve a compact device configuration with few protruding portions. Further, since the pulse tube refrigerator does not generate vibration due to the reciprocating motion of the displacer, it is possible to suppress vibration of the cold panel and prevent falling of adsorbed substances due to vibration of the cold panel.

【0029】図1(A)及び(B)では、コールドパネ
ル8の周囲を、パルス管3及び蓄冷器1で円周状に取り
囲む場合を説明したが、パルス管または蓄冷器を、冷却
対象物の形状に応じて種々の形状に変形してもよい。例
えば、パルス管または蓄冷器を楕円もしくは多角形の外
周の一部分に沿って配置してもよいし、折れ線に沿って
配置してもよい。また、冷却対象物を装置に組み込んで
使用する場合、パルス管または蓄冷器を装置の空きスペ
ースの形状に応じて変形させ、空きスペース内に配置し
てもよい。
In FIGS. 1A and 1B, the case where the circumference of the cold panel 8 is surrounded by the pulse tube 3 and the regenerator 1 in a circumferential shape has been described. However, the pulse tube or the regenerator is an object to be cooled. It may be deformed into various shapes depending on the shape. For example, the pulse tube or the regenerator may be arranged along a part of the outer circumference of the ellipse or polygon, or may be arranged along the polygonal line. When the object to be cooled is used by incorporating it into the device, the pulse tube or the regenerator may be deformed according to the shape of the empty space of the device and placed in the empty space.

【0030】図1(C)は、第1の実施例の変形例によ
るコールドトラップの断面図を示す。蓄冷器1A、パル
ス管3A、コールドプレート7A、及びコールドパネル
8Aを含んでコールドトラップ20Aが構成されてい
る。コールドトラップ20Aは、図1(A)及び(B)
のコールドトラップと同様の構成である。コールドトラ
ップ20Aと同様の構成のコールドトラップ20B〜2
0Eが、各パルス管冷凍機のパルス管及び蓄冷器で画定
される円周の中心軸を共有するように配列されている。
FIG. 1C shows a sectional view of a cold trap according to a modification of the first embodiment. A cold trap 20A is configured to include the regenerator 1A, the pulse tube 3A, the cold plate 7A, and the cold panel 8A. The cold trap 20A is shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B).
It has the same configuration as the cold trap of. Cold traps 20B to 2 having the same configuration as the cold trap 20A
OEs are arranged so as to share the central axis of the circumference defined by the pulse tube and the regenerator of each pulse tube refrigerator.

【0031】このように、排気すべきガスのガス流に沿
って複数のコールドトラップを配列することにより、ト
ラップ効率を高めることができる。図2は、第1の実施
例の他の変形例によるコールドトラップの斜視図を示
す。図1(A)〜(C)に示すパルス管冷凍機のパルス
管及び蓄冷器は、作動ガス流の方向に直交する円形断面
を有し、円弧に沿って配置されている。これに対し、図
2に示すパルス管冷凍機は、図1(A)の蓄冷器1、コ
ールドステージ2、パルス管3、及び中間圧室4を、パ
ルス管3と蓄冷器1によって画定される円周の中心軸方
向に引き延ばした形状とされている。すなわち、蓄冷器
1、コールドステージ2、及びパルス管3が、円柱の側
面に沿って配置されている。その他の構成は、図1
(A)及び(B)に示すコールドトラップと同様であ
る。図2のコールドトラップの各構成部分には、図1
(A)のコールドトラップの対応する構成部分と同一の
参照符号を付して示している。
By thus arranging a plurality of cold traps along the gas flow of the gas to be exhausted, the trap efficiency can be increased. FIG. 2 shows a perspective view of a cold trap according to another modification of the first embodiment. The pulse tube and the regenerator of the pulse tube refrigerator shown in FIGS. 1A to 1C have a circular cross section orthogonal to the direction of the working gas flow, and are arranged along an arc. On the other hand, in the pulse tube refrigerator shown in FIG. 2, the regenerator 1, the cold stage 2, the pulse tube 3, and the intermediate pressure chamber 4 of FIG. 1A are defined by the pulse tube 3 and the regenerator 1. The shape is extended in the central axis direction of the circumference. That is, the regenerator 1, the cold stage 2, and the pulse tube 3 are arranged along the side surface of the cylinder. Other configurations are shown in FIG.
This is the same as the cold trap shown in (A) and (B). The components of the cold trap shown in FIG.
The same reference numerals as those of the corresponding components of the cold trap shown in FIG.

【0032】蓄冷器1、コールドステージ2、及びパル
ス管3を円柱の側面に沿って配置することにより、排気
すべきガス流に沿って比較的長い範囲にコールドトラッ
プを配置することができる。
By arranging the regenerator 1, the cold stage 2, and the pulse tube 3 along the side surface of the cylinder, it is possible to arrange the cold trap in a relatively long range along the gas flow to be exhausted.

【0033】次に、パルス管冷凍機を磁気共鳴イメージ
ング装置(MRI)に適用した場合を例にとって、第2
の実施例について説明する。図3は、第2の実施例によ
るパルス管冷凍機を使用したMRIの一部破断斜視図を
示す。円筒状の超伝導コイル21が、それと同軸状の液
体ヘリウム槽22内に配置され、超伝導コイル21の周
囲に液体ヘリウム29が満たされている。
Next, the case where the pulse tube refrigerator is applied to a magnetic resonance imaging apparatus (MRI) will be described as a second example.
An example will be described. FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of an MRI using the pulse tube refrigerator according to the second embodiment. The cylindrical superconducting coil 21 is arranged in a liquid helium tank 22 coaxial with the cylindrical superconducting coil 21, and the periphery of the superconducting coil 21 is filled with liquid helium 29.

【0034】液体ヘリウム槽22の外周を、蓄冷器2
3、コールドステージ24及びパルス管25が取り囲ん
でいる。コールドステージ24は液体ヘリウム槽22の
上方に、その中心軸に平行に配置されている。蓄冷器2
3、コールドステージ24及びパルス管25は、図2に
示すパルス管冷凍機と同様の構成である。蓄冷器23の
高温端に作動ガス供給用のガス流路27が取り付けら
れ、パルス管25の高温端に中間圧室26が取り付けら
れている。
The outer periphery of the liquid helium tank 22 is connected to the regenerator 2
3, surrounded by a cold stage 24 and a pulse tube 25. The cold stage 24 is arranged above the liquid helium tank 22 in parallel with the central axis thereof. Regenerator 2
3, the cold stage 24 and the pulse tube 25 have the same configuration as the pulse tube refrigerator shown in FIG. A gas passage 27 for supplying a working gas is attached to the high temperature end of the regenerator 23, and an intermediate pressure chamber 26 is attached to the high temperature end of the pulse tube 25.

【0035】コールドステージ24の下方に、冷却板2
8が取り付けられ、冷却板28は液体ヘリウム槽22内
に挿入されている。冷却板28は、蒸発したヘリウムガ
スを冷却して再度液化し、槽内に戻す。このようにし
て、液体ヘリウムの有効利用が図られる。
Below the cold stage 24, the cooling plate 2
8 is attached, and the cooling plate 28 is inserted in the liquid helium tank 22. The cooling plate 28 cools the evaporated helium gas to liquefy it again and returns it to the tank. In this way, effective utilization of liquid helium is achieved.

【0036】液体ヘリウム槽22の外周を取り囲むよう
に、蓄冷器23及びパルス管25を配置することによ
り、液体ヘリウム槽22の周囲の突出部を少なくし、コ
ンパクトな装置構成とすることができる。また、パルス
管冷凍機は冷却部に可動部を有しないため、振動が少な
く維持管理等も容易であるという利点を有する。
By arranging the regenerator 23 and the pulse tube 25 so as to surround the outer periphery of the liquid helium tank 22, the projecting portion around the liquid helium tank 22 can be reduced, and a compact device structure can be obtained. Further, since the pulse tube refrigerator does not have a movable part in the cooling part, it has an advantage that there is little vibration and maintenance and the like are easy.

【0037】図4は、第2の実施例の変形例によるMR
Iの一部破断斜視図を示す。図4に示すMRIは液体ヘ
リウム槽を有さず、超伝導コイル21が熱伝導部材28
Aを介してコールドステージ24に接続されている。超
伝導コイル21は、コールドステージ24に発生した寒
冷により直接冷却される。
FIG. 4 shows an MR according to a modification of the second embodiment.
The partially broken perspective view of I is shown. The MRI shown in FIG. 4 does not have a liquid helium bath, and the superconducting coil 21 has a heat conducting member 28.
It is connected to the cold stage 24 via A. The superconducting coil 21 is directly cooled by the cold generated in the cold stage 24.

【0038】この場合も、図3の場合と同様に突出部を
少なくし、コンパクトな装置構成とすることができる。
なお、パルス管冷凍機の冷凍能力が十分でない場合は、
作動ガスをギフォードマクマホン冷凍機等で予備冷却し
てもよい。
Also in this case, as in the case of FIG. 3, it is possible to reduce the number of protrusions and to make the apparatus compact.
If the pulse tube refrigerator does not have sufficient refrigerating capacity,
The working gas may be precooled by a Gifford McMahon refrigerator or the like.

【0039】図2〜図4では、円柱の側面に沿ってパル
ス管及び蓄冷器を配置する場合を示したが、冷却対象物
の形状に対応してその他の形状にしてもよい。例えば、
楕円柱の側面、多角柱の側面に沿って配置してもよい。
Although FIGS. 2 to 4 show the case where the pulse tube and the regenerator are arranged along the side surface of the cylinder, other shapes may be used depending on the shape of the object to be cooled. For example,
You may arrange | position along the side surface of an elliptic cylinder, and the side surface of a polygonal cylinder.

【0040】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却対象物の形状に応じ、または装置の空きスペースに
応じて、パルス管冷凍機のパルス管または蓄冷器等の形
状を変形させることにより、コンパクトな装置構成とす
ることができる。
As described above, according to the present invention,
By changing the shape of the pulse tube of the pulse tube refrigerator, the regenerator, or the like according to the shape of the object to be cooled or the empty space of the apparatus, a compact apparatus configuration can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例及びその変形例によるパ
ルス管冷凍機を使用したコールドトラップの断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a cold trap using a pulse tube refrigerator according to a first embodiment of the present invention and a modification thereof.

【図2】本発明の第1の実施例の他の変形例によるパル
ス管冷凍機を使用したコールドトラップの斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of a cold trap using a pulse tube refrigerator according to another modification of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例によるパルス管冷凍機を
使用したMRIの一部破断斜視図である。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of an MRI using a pulse tube refrigerator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例の変形例によるパルス管
冷凍機を使用したMRIの一部破断斜視図である。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of an MRI using a pulse tube refrigerator according to a modification of the second embodiment of the present invention.

【図5】従来例によるスターリング冷凍機及びパルス管
冷凍機の概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a Stirling refrigerator and a pulse tube refrigerator according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1A 蓄冷器 2 コールドステージ 3、3A パルス管 4 中間圧室 5 細管 6 ガス流路 7、7A コールドプレート 8、8A コールドパネル 9 断熱板 10 圧縮機 20A〜20E コールドトラップ 21 超伝導コイル 22 液体ヘリウム槽 23 蓄冷器 24 コールドステージ 25 パルス管 26 中間圧室 27 ガス流路 28 冷却板 28A 熱伝導部材 1, 1A Regenerator 2 Cold stage 3, 3A Pulse tube 4 Intermediate pressure chamber 5 Capillary tube 6 Gas flow path 7, 7A Cold plate 8, 8A Cold panel 9 Insulation plate 10 Compressor 20A-20E Cold trap 21 Superconducting coil 22 Liquid Helium tank 23 Regenerator 24 Cold stage 25 Pulse tube 26 Intermediate pressure chamber 27 Gas flow path 28 Cooling plate 28A Heat conduction member

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部空洞を有し、ある曲線若しくは折れ
線に沿って配置された軸方向を有するパルス管と、 前記パルス管の一端に接続された蓄冷器であって、該蓄
冷器を通して前記パルス管に作動ガスが導入され、かつ
前記パルス管から作動ガスが回収され、作動ガスと熱交
換を行う前記蓄冷器とを有するパルス管冷凍機。
1. A pulse tube having an internal cavity and having an axial direction arranged along a curve or a polygonal line, and a regenerator connected to one end of the pulse tube, wherein the pulse is passed through the regenerator. A pulse tube refrigerator having the regenerator in which a working gas is introduced into the tube and the working gas is recovered from the pulse tube and exchanges heat with the working gas.
【請求項2】 さらに、前記パルス管の他端に接続さ
れ、該パルス管の内部空洞に流路インピーダンスを介し
て連通した他の内部空洞を画定する中間圧室を有する請
求項1に記載のパルス管冷凍機。
2. The pressure chamber according to claim 1, further comprising an intermediate pressure chamber connected to the other end of the pulse tube and defining another internal cavity communicating with the internal cavity of the pulse tube via a flow path impedance. Pulse tube refrigerator.
【請求項3】 さらに、前記パルス管と前記蓄冷器との
相互接続部に熱的に結合された冷却対象部材を有し、 前記パルス管と前記蓄冷器が、前記冷却対象部材の周囲
を取り囲むように配置されている請求項1または2に記
載のパルス管冷凍機。
3. A cooling target member thermally coupled to an interconnection portion between the pulse tube and the regenerator, wherein the pulse tube and the regenerator surround the periphery of the cooling target member. 3. The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein the pulse tube refrigerator is arranged as described above.
【請求項4】 前記パルス管が、円、楕円、または多角
形の外周の一部分に沿った内部空洞を画定する請求項1
〜3のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
4. The pulse tube defines an internal cavity along a portion of the circumference of a circle, ellipse, or polygon.
4. The pulse tube refrigerator according to any one of 3 to 3.
【請求項5】 前記パルス管が、円柱、楕円柱、または
多角柱の側面の一部分に沿った内部空洞を画定する請求
項1〜3のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
5. The pulse tube refrigerator according to claim 1, wherein the pulse tube defines an internal cavity along a part of a side surface of a cylinder, an elliptic cylinder, or a polygonal cylinder.
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