JP2004293998A

JP2004293998A - パルス管冷凍機、及び、その製造方法

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Publication number: JP2004293998A
Application number: JP2003089563A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ogura; 鉄也小倉; Toshio Uchida; 年雄内田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】パルス管冷凍機のパルス管高温端から金網を積層して整流器を製作する作業を無くして作業効率を向上すると共に、信頼性を向上する。
【解決手段】冷却ステージ１４と連結されるパルス管１８の低温端に、通気性部材を積層してなる整流器が配設されたパルス管冷凍機を製造するに際して、冷却ステージ１４のガス流路に前記通風部材を積層した後、該通気性部材を、パルス管低温端とともに、冷却ステージに固着した。すなわち冷却ステージ１４のガス流路に金網１７を積層した後、該金網１７を、パルス管１８組立時の蝋付けにより、パルス管低温端と共に、冷却ステージ１４に蝋付けする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却ステージと連結されるパルス管の低温端に、通気性部材を積層してなる整流器が配設されたパルス管冷凍機、及び、その製造方法に係り、特に、長いパルス管であっても、整流器を容易に組み立てることができる、信頼性の高いパルス管冷凍機、及び、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核磁気共鳴診断装置（ＮＭＲ）や電子顕微鏡等に使用される小型の極低温冷凍機として用いるのに好適な、動作ガスの圧力変化と体積変化との位相差を利用して、極低温を発生するパルス管冷凍機が、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
このパルス管冷凍機の１つに、図１に示すようなオリフィス型パルス管冷凍機がある。これは、圧縮機１０と、蓄冷器１２の高温端１２Ｈとを所定の周期で切換連通させる高圧弁ＶＨ及び低圧弁ＶＬと、蓄冷器１２の低温端１２Ｌと整流機能を有する熱交換器１６を介在させて、その低温端１８Ｌが連通しているパルス管１８と、該パルス管１８の高温端１８Ｈと整流機構を有する熱交換器２０及びオリフィス２２を介して連通しているバッファタンク２４から構成されている。
【０００４】
前記蓄冷器１２内には、銅、ステンレス鋼製金網等の蓄冷材１３が充填されており、前記熱交換器１６、２０の内部には、銅、アルミニウム等の金網１７、２１やパンチングプレートが積層充填されている。
【０００５】
図において、１４は冷却ステージ（低温端ブロックとも称する）、２６は高温端ブロックである。
【０００６】
このパルス管冷凍機において、圧縮機１０で圧縮された高圧のヘリウムガスは、高圧弁ＶＨが開、低圧弁ＶＬが閉の状態になると、蓄冷器１２に流入し、蓄冷材１３で冷却されて温度を下げながら、蓄冷器１２の低温端１２Ｌから低温端熱交換器１６で更に冷却されて、パルス管１８の低温端１８Ｌへ流入する。
【０００７】
パルス管１８内に既に存在していた低圧ガスは、新たに流入された作動ガスにより圧縮されるため、パルス管１８内の圧力がバッファタンク２４内の圧力よりも高くなり、作動ガスはオリフィス２２を通ってバッファタンク２４へ流入する。
【０００８】
次に、高圧弁ＶＨが閉となり低圧弁ＶＬが開に切り換わると、パルス管１８内の作動ガスは、蓄冷器１２の低温端１２Ｌから蓄冷器１２内を通過し、高温端１２Ｈから低圧弁ＶＬを通って圧縮機１０へ回収される。
【０００９】
パルス管１８とバッファタンク２４とは、オリフィス２２を介して連通されているため、圧力変動の位相と作動ガスの体積変化の位相とが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１８の低温端１８Ｌにおいて作動ガスの膨張に伴う寒冷が発生し、上記過程が反復されることにより、冷凍機として作用している。
【００１０】
前記熱交換器１６、２０に内蔵する整流機構として、銅やアルミニウム等の金網を積層充填することが提案されている。
【００１１】
従来は、特に低温端熱交換器１６を作成する場合、図２に示す如く、まず（１）冷却ステージ１４にパルス管１８の低温端１８Ｌを蝋付けし、次いで（２）パルス管１８の高温端１８Ｈから金網１７類を１枚ずつ積層して整流機構を作成し、最後に（３）熱交換器１６の内径よりも大きめの径を有する、例えばベリリウム銅製のＣリング２８をパルス管１８の上から入れて、その上部を固定している。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−３１０９６１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来方法では、積層する金網１７は、冷却ステージ１４との伝熱を良くする目的で、厳しい公差のものを使用しているため、（１）積層が難しく、積層枚数が増えれば、工数増加や、傾かないように入れるための特殊な治具が必要となる。又、（２）パルス管１８が大型化すると、パルス管長も増し、パルス管高温端１８Ｈから積層することは、非常に困難となる。又、（３）固定方法も、上部でＣリング２８で固定しているだけであるので、外れてしまう可能性がある。又、（４）上からの押し具合や治具の挿入深さ等により、積層高さの管理が必要である等の問題点を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、長いパルス管であっても、通気性部材を容易に且つ確実に積層して、作業効率及び信頼性を向上することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷却ステージと連結されるパルス管の低温端に、通気性部材を積層してなる整流器が配設されたパルス管冷凍機において、前記通気性部材を、パルス管低温端と共に、冷却ステージに固着するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１６】
又、前記通気性部材を金網としたものである。
【００１７】
又、前記通気性部材を、蝋付けにより、パルス管低温端と共に、冷却ステージに固着したものである。
【００１８】
又、前記通気性部材の径を、パルス管低温端の内径より大きく、且つ、パルス管低温端の外径より小さくしたものである。
【００１９】
本発明は、又、冷却ステージと連結されるパルス管の低温端に、通気性部材を積層してなる整流器が配設されたパルス管冷凍機を製造するに際して、冷却ステージのガス流路に前記通気性部材を積層した後、該通気性部材を、パルス管低温端とともに、冷却ステージに固着するようにして、前記課題を解決したものである。
【００２０】
又、前記通気性部材を、パルス管組立時の蝋付けにより、パルス管低温端と共に、冷却ステージに固着するようにしたものである。
【００２１】
本発明は、又、前記のパルス管冷凍機を備えた低温装置を提供するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
本発明を、図１に示したと同様の１段パルス管冷凍機に適用した本発明の第１実施形態は、図３に示す如く、まず（１）例えば銅Ｃ１０２０製の冷却ステージ１４のガス流路１５に純銅製の金網１７とステンレスＳＵＳ３０４製のパンチングプレートを積層するように入れ、次いで（２）例えばＳＵＳ３０４製のパルス管１８を差し込んで金網１７とパンチングプレートを押え、その状態で（３）加熱炉（図示省略）に入れて、パルス管１８の低温端１８Ｌと共に、金網１７とパンチングプレートを冷却ステージ１４に金蝋で蝋付けするようにしたものである。
【００２４】
前記金網１７の蝋付けに際しては、粉末状のパウダー蝋を金網１７とパンチングプレートの周辺に置き蝋しておき、加熱した際に金網１７とパンチングプレートの周囲に自然に流れるようにすることができる。
【００２５】
ここで、前記パルス管１８の低温端１８Ｌの内径ｘと、金網１７やパンチングプレートの外径ｙと、パルス管低温端１８Ｌの外径ｚの関係は、図４に示す如く、ｘ＜ｙ＜ｚとすることにより、金網１７をしっかりと固定できる。
【００２６】
これに対して従来は、金網１７やパンチングプレートを、パルス管１８の中を通してパルス管低温端１８Ｌまで挿入する必要があるため、ｘの方がｙより大きく、安定して固定することができなかった。
【００２７】
次に、図５を参照して、２段パルス管冷凍機に適用した、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
本実施形態においては、１段冷却ステージ３１の整流器（熱交換器）４１、２段冷却ステージ３２の整流器（熱交換器）４２のいずれにおいても、第１実施形態と同様に、各冷却ステージ３１、３２の内側に置き蝋した中に金網５１、５２やパンチングプレートをそれぞれ入れ、パルス管６１、６２を差し込んで金網５１、５２やパンチングプレートを押え、加熱して蝋付けするようにしたものである。図において、７１、７２は、それぞれ１段蓄冷管、２段蓄冷管である。
【００２９】
他の点に関しては第１実施形態と同じであるので、説明は省略する。
【００３０】
前記実施形態においては、いずれも金蝋により蝋付けしているので、金網やパンチングプレートと整流器壁（冷却ステージ）との熱交換が良くなり、性能が向上する。なお、金蝋付けに限定されず、銀蝋やニッケル蝋等の他の金属蝋を用いたり、あるいは蝋付け以外の方法により固定することも可能である。通気性部材の種類も、金網とパンチングプレートの組合せに限定されず、それぞれを単独で用いたり、メッシュ等、他の通気性素材を用いても構わない。材質も、純銅やＳＵＳ３０４ステンレスに限定されず、丹銅や、他のステンレスでも良い。
【００３１】
本発明は、１段式、２段式又は多段式パルス管冷凍機を使った、各種超伝導磁石装置、各種センサ冷却システム、液化装置、液化ガス再凝縮装置、クライオポンプ、ＭＲＩ診断機器、理化学機器等に適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、パルス管の高温端から通気性部材をパルス管低温端に積層する作業が無くなったので、長いパルス管にも有効に対応でき、作業効率が向上する。又、リングや止め輪でなく、通気性部材をしっかり冷却ステージに固着できるので、信頼性が向上する等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のオリフィス型パルス管冷凍機の一例の構成を示す断面図
【図２】従来例の問題点を説明するための図１のＩＩ部拡大斜視図
【図３】１段パルス管冷凍機に適用した本発明の第１実施形態の構成を示す断面図
【図４】第１実施形態における整流器の詳細図
【図５】２段パルス管冷凍機に適用した本発明の第２実施形態を示す断面図
【符号の説明】
１０…圧縮機
１２…蓄冷器
１３…蓄冷材
１４、３１、３２…冷却ステージ
１６、２０、４１、４２…整流器（熱交換器）
１７、２１、５１、５２…金網
１８、６１、６２…パルス管

Claims

冷却ステージと連結されるパルス管の低温端に、通気性部材を積層してなる整流器が配設されたパルス管冷凍機において、
前記通気性部材が、パルス管低温端と共に、冷却ステージに固着されていることを特徴とするパルス管冷凍機。
前記通気性部材が、金網であることを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
前記通気性部材が、蝋付けにより、パルス管低温端と共に、冷却ステージに固着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機。
前記通気性部材の径が、パルス管低温端の内径より大きく、且つ、パルス管低温端の外径より小さくされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパルス管冷凍機。
冷却ステージと連結されるパルス管の低温端に、通気性部材を積層してなる整流器が配設されたパルス管冷凍機を製造するに際して、
冷却ステージのガス流路に前記通気性部材を積層した後、
該通気性部材を、パルス管低温端とともに、冷却ステージに固着することを特徴とするパルス管冷凍機の製造方法。
前記通気性部材を、パルス管組立時の蝋付けにより、パルス管低温端と共に、冷却ステージに固着することを特徴とする請求項５に記載のパルス管冷凍機の製造方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス管冷凍機を備えたことを特徴とする低温装置。