JP2003075003A - 低温装置 - Google Patents
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Classifications
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- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 メンテナンス効率及び冷却効率を高めること
が可能な低温装置を提供する。 【解決手段】 蓄冷器ケース内に蓄冷器が着脱可能に装
填されている。蓄冷器は、カートリッジケース及び該カ
ートリッジケース内に充填された蓄冷材を含む。パルス
管の低温端と蓄冷器ケースの低温端とを、冷却対象物が
接続する。冷却対象物内に、蓄冷器ケース内の空間と、
パルス管内の空間とを相互に連通させる流路が形成され
ている。ガス供給装置が、蓄冷器ケースの高温端側か
ら、蓄冷器内への冷媒ガスの供給と、蓄冷器内からの冷
媒ガスの回収とを周期的に繰り返す。
が可能な低温装置を提供する。 【解決手段】 蓄冷器ケース内に蓄冷器が着脱可能に装
填されている。蓄冷器は、カートリッジケース及び該カ
ートリッジケース内に充填された蓄冷材を含む。パルス
管の低温端と蓄冷器ケースの低温端とを、冷却対象物が
接続する。冷却対象物内に、蓄冷器ケース内の空間と、
パルス管内の空間とを相互に連通させる流路が形成され
ている。ガス供給装置が、蓄冷器ケースの高温端側か
ら、蓄冷器内への冷媒ガスの供給と、蓄冷器内からの冷
媒ガスの回収とを周期的に繰り返す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温装置に関し、
特にパルス管冷凍機(pulse tube refrigerator)を用い
て冷却対象物を冷却する低温装置に関する。
特にパルス管冷凍機(pulse tube refrigerator)を用い
て冷却対象物を冷却する低温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に、従来のパルス管冷凍機を用いた
低温装置の要部断面図を示す。この低温装置は、真空容
器２００、パルス管冷凍機２０１、冷却対象物２５０を
含んで構成される。パルス管冷凍機２０１は、ガス圧縮
機２０２と、高低圧力切替えバルブユニット２０３と、
高温端ブロック２０４と、低温端ブロック（冷却端ブロ
ック）２０５と、蓄冷器２０６と、パルス管２０７と、
バッファタンク２０８とを含んで構成される。
低温装置の要部断面図を示す。この低温装置は、真空容
器２００、パルス管冷凍機２０１、冷却対象物２５０を
含んで構成される。パルス管冷凍機２０１は、ガス圧縮
機２０２と、高低圧力切替えバルブユニット２０３と、
高温端ブロック２０４と、低温端ブロック（冷却端ブロ
ック）２０５と、蓄冷器２０６と、パルス管２０７と、
バッファタンク２０８とを含んで構成される。
【０００３】高温端ブロック２０４内に、第１の空洞２
１３及び第２の空洞２２５が形成されている。ガス圧縮
機２０２が、バルブユニット２０３及び管路接続部２１
１を介して第１の空洞２１３に接続されている。バッフ
ァタンク２０８が、管路接続部２１２及びオリフィス２
１４を介して第２の空洞２２５に接続されている。
１３及び第２の空洞２２５が形成されている。ガス圧縮
機２０２が、バルブユニット２０３及び管路接続部２１
１を介して第１の空洞２１３に接続されている。バッフ
ァタンク２０８が、管路接続部２１２及びオリフィス２
１４を介して第２の空洞２２５に接続されている。
【０００４】蓄冷器２０６は、蓄冷器ケース２１８及び
その内部に充填された蓄冷材２１９により構成される。
蓄冷材２１９として、銅、ステンレス、その他の金属か
らなる繊維あるいはパンチングメタルが用いられる。蓄
冷器ケース２１８の高温端及びパルス管２０７の高温端
に、フランジ２１６が取り付けられている。高温端ブロ
ック２０４は、ボルトによりフランジ２１６に取り付け
られている。蓄冷器ケース２１８内の蓄冷材２１９が充
填された空間が、第１の空洞２１３に連通し、パルス管
２０７内の空洞が第２の空洞２２５に連通している。
その内部に充填された蓄冷材２１９により構成される。
蓄冷材２１９として、銅、ステンレス、その他の金属か
らなる繊維あるいはパンチングメタルが用いられる。蓄
冷器ケース２１８の高温端及びパルス管２０７の高温端
に、フランジ２１６が取り付けられている。高温端ブロ
ック２０４は、ボルトによりフランジ２１６に取り付け
られている。蓄冷器ケース２１８内の蓄冷材２１９が充
填された空間が、第１の空洞２１３に連通し、パルス管
２０７内の空洞が第２の空洞２２５に連通している。
【０００５】蓄冷器ケース２１８の低温端及びパルス管
２０７の低温端に、低温端ブロック２０５が取り付けら
れている。低温端ブロック２０５内に、蓄冷器ケース２
１８内の蓄冷材２１９の充填された空間と、パルス管２
０７内の空洞とを連通させるガス流路２２０が形成され
ている。
２０７の低温端に、低温端ブロック２０５が取り付けら
れている。低温端ブロック２０５内に、蓄冷器ケース２
１８内の蓄冷材２１９の充填された空間と、パルス管２
０７内の空洞とを連通させるガス流路２２０が形成され
ている。
【０００６】ガス流路２２０の、蓄冷器２０６側の一部
の空間２２１内に整流用部材２２３が充填され、パルス
管２０７側の一部の空間２２２内に整流用部材２２４が
充填されている。第２の空洞２２５内に整流用部材２２
６が充填されている。整流用部材２２３、２２４及び２
２６は、例えば金属メッシュあるいはパンチングメタル
等で構成される。これら整流用部材は、冷媒ガスの流れ
を整流する。
の空間２２１内に整流用部材２２３が充填され、パルス
管２０７側の一部の空間２２２内に整流用部材２２４が
充填されている。第２の空洞２２５内に整流用部材２２
６が充填されている。整流用部材２２３、２２４及び２
２６は、例えば金属メッシュあるいはパンチングメタル
等で構成される。これら整流用部材は、冷媒ガスの流れ
を整流する。
【０００７】フランジ２１６が真空容器２００の壁に、
ボルト等で取り付けられ、低温端ブロック２０５が真空
容器内に配置される。低温端ブロック２０５に、冷却対
象物２５０が熱的に接触している。冷却対象物２５０
は、支持棒２５１で真空容器２００内に支持されてい
る。
ボルト等で取り付けられ、低温端ブロック２０５が真空
容器内に配置される。低温端ブロック２０５に、冷却対
象物２５０が熱的に接触している。冷却対象物２５０
は、支持棒２５１で真空容器２００内に支持されてい
る。
【０００８】ガス圧縮機２０２を作動させると、第１の
空洞２１３内への冷媒ガスの供給と、第１の空洞２１３
からの冷媒ガスの回収とが繰り返される。冷媒ガスが蓄
冷器２０６内を通過する間に、冷媒ガスと蓄冷材２１９
との間で熱交換が行われる。
空洞２１３内への冷媒ガスの供給と、第１の空洞２１３
からの冷媒ガスの回収とが繰り返される。冷媒ガスが蓄
冷器２０６内を通過する間に、冷媒ガスと蓄冷材２１９
との間で熱交換が行われる。
【０００９】蓄冷器２０６内を通過した冷媒ガスは、ガ
ス流路２２０を介してパルス管２０７内に供給される。
パルス管２０７内の冷媒ガスに、圧力変化と体積変化と
が生ずる。オリフィス２１４及びバッファタンク２０８
が、圧力変化と体積変化との位相を制御する。ある位相
差で圧力変化と体積変化が生ずることにより、低温端ブ
ロック２０５の部分で吸熱が生ずる。
ス流路２２０を介してパルス管２０７内に供給される。
パルス管２０７内の冷媒ガスに、圧力変化と体積変化と
が生ずる。オリフィス２１４及びバッファタンク２０８
が、圧力変化と体積変化との位相を制御する。ある位相
差で圧力変化と体積変化が生ずることにより、低温端ブ
ロック２０５の部分で吸熱が生ずる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図７に示した従来のパ
ルス管冷凍機では、蓄冷材２１９が蓄冷器ケース２１８
内に充填されている。同様に、ガス流路２２０内の一部
に整流用部材２２３及び２２４が充填されている。高温
端ブロック２０４内に形成された空間２２５内に整流用
部材２２６が充填されている。
ルス管冷凍機では、蓄冷材２１９が蓄冷器ケース２１８
内に充填されている。同様に、ガス流路２２０内の一部
に整流用部材２２３及び２２４が充填されている。高温
端ブロック２０４内に形成された空間２２５内に整流用
部材２２６が充填されている。
【００１１】パルス管冷凍機の運転を続けると、冷媒ガ
ス中の不純物、たとえば水分その他の液体などが固化す
ることにより蓄冷材２１９、整流用部材２２３、２２
４、あるいは２２６に目詰まりが生ずる。これにより、
冷却性能が低下する場合がある。この場合には、それぞ
れの部分を昇温させ、固化した液体成分を除去すれば良
い。
ス中の不純物、たとえば水分その他の液体などが固化す
ることにより蓄冷材２１９、整流用部材２２３、２２
４、あるいは２２６に目詰まりが生ずる。これにより、
冷却性能が低下する場合がある。この場合には、それぞ
れの部分を昇温させ、固化した液体成分を除去すれば良
い。
【００１２】しかしながら、不純物がたとえばガス圧縮
機２０２から流入した油などの場合には、該当部分を昇
温させてもこれを除去することは困難である。このた
め、蓄冷材２１９、整流用部材２２３、２２４あるいは
２２６を交換する必要がある。
機２０２から流入した油などの場合には、該当部分を昇
温させてもこれを除去することは困難である。このた
め、蓄冷材２１９、整流用部材２２３、２２４あるいは
２２６を交換する必要がある。
【００１３】蓄冷材２１９、整流用部材２２３、２２４
あるいは２２６を交換する際には、パルス管冷凍機２０
１を冷却対象物から取り外す必要がある。このとき、真
空容器２００内が大気雰囲気になるため、パルス管冷凍
機２０１を取り外す前に冷却対象物２５０を室温まで昇
温させなければならない。このため、冷却対象物２５０
を含む低温機器の稼動率が低下してしまう。しかも、新
しいものとの交換終了後に再度の冷却操作が必要で、膨
大な費用、手間、及び時間がかかる。
あるいは２２６を交換する際には、パルス管冷凍機２０
１を冷却対象物から取り外す必要がある。このとき、真
空容器２００内が大気雰囲気になるため、パルス管冷凍
機２０１を取り外す前に冷却対象物２５０を室温まで昇
温させなければならない。このため、冷却対象物２５０
を含む低温機器の稼動率が低下してしまう。しかも、新
しいものとの交換終了後に再度の冷却操作が必要で、膨
大な費用、手間、及び時間がかかる。
【００１４】さらに、冷却対象物２５０から低温端ブロ
ック２０５を取り外すことができる構造としなければな
らない。取り外し可能な構造は、両者の間の熱伝達効率
の低下、ひいては冷却効率の低下につながる。
ック２０５を取り外すことができる構造としなければな
らない。取り外し可能な構造は、両者の間の熱伝達効率
の低下、ひいては冷却効率の低下につながる。
【００１５】本発明の目的は、メンテナンス効率及び冷
却効率を高めることが可能な低温装置を提供することで
ある。
却効率を高めることが可能な低温装置を提供することで
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、高温端と低温端とが画定され、内部に空洞を有する
パルス管と、高温端と低温端とが画定された筒状の蓄冷
器ケースと、カートリッジケース及び該カートリッジケ
ース内に充填された蓄冷材を含み、該カートリッジケー
スが前記蓄冷器ケース内に着脱可能に挿入されている蓄
冷器と、前記パルス管の低温端と前記蓄冷器ケースの低
温端とを接続し、前記蓄冷器ケース内の空間と、前記パ
ルス管内の空間とを相互に連通させる流路が内部に形成
された冷却対象物と、前記蓄冷器ケースの高温端側か
ら、前記蓄冷器内への冷媒ガスの供給と、該蓄冷器内か
らの冷媒ガスの回収とを周期的に繰り返すガス供給装置
とを有する低温装置が提供される。
と、高温端と低温端とが画定され、内部に空洞を有する
パルス管と、高温端と低温端とが画定された筒状の蓄冷
器ケースと、カートリッジケース及び該カートリッジケ
ース内に充填された蓄冷材を含み、該カートリッジケー
スが前記蓄冷器ケース内に着脱可能に挿入されている蓄
冷器と、前記パルス管の低温端と前記蓄冷器ケースの低
温端とを接続し、前記蓄冷器ケース内の空間と、前記パ
ルス管内の空間とを相互に連通させる流路が内部に形成
された冷却対象物と、前記蓄冷器ケースの高温端側か
ら、前記蓄冷器内への冷媒ガスの供給と、該蓄冷器内か
らの冷媒ガスの回収とを周期的に繰り返すガス供給装置
とを有する低温装置が提供される。
【００１７】蓄冷器ケースの低温端に冷却対象物が取り
付けられた状態で、カートリッジ式の蓄冷器を交換する
ことができる。また、冷却対象物内に流路が形成されて
いるため、流路と冷却対象物とが相互に取り外し可能に
結合されている場合に比べて、効率的に冷却対象物を冷
却することができる。
付けられた状態で、カートリッジ式の蓄冷器を交換する
ことができる。また、冷却対象物内に流路が形成されて
いるため、流路と冷却対象物とが相互に取り外し可能に
結合されている場合に比べて、効率的に冷却対象物を冷
却することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１の実施例に
よる低温装置の断面図を示す。第１の実施例による低温
装置は、パルス管冷凍機３０、真空容器１００、及び熱
シールド板１０１を含んで構成される。
よる低温装置の断面図を示す。第１の実施例による低温
装置は、パルス管冷凍機３０、真空容器１００、及び熱
シールド板１０１を含んで構成される。
【００１９】真空容器１００の壁の一部に、パルス管冷
凍機３０を取り付けるための穴が形成されている。高温
端ブロック４が、真空容器１００の壁の外側の面に、ボ
ルト等により着脱可能に取り付けられ、この穴を塞いで
いる。高温端ブロック４内に第１の空洞１３及び第２の
空洞２５が形成されている。ガス圧縮機２が、高圧低圧
切替バルブユニット３、及び管路接続部１１を介して第
１の空洞１３に接続されている。バッファタンク１５
が、管路接続部１２及びオリフィス１４を介して第２の
空洞２５に接続されている。
凍機３０を取り付けるための穴が形成されている。高温
端ブロック４が、真空容器１００の壁の外側の面に、ボ
ルト等により着脱可能に取り付けられ、この穴を塞いで
いる。高温端ブロック４内に第１の空洞１３及び第２の
空洞２５が形成されている。ガス圧縮機２が、高圧低圧
切替バルブユニット３、及び管路接続部１１を介して第
１の空洞１３に接続されている。バッファタンク１５
が、管路接続部１２及びオリフィス１４を介して第２の
空洞２５に接続されている。
【００２０】真空容器１００の内側の面に、蓄冷器ケー
ス１８の高温端及びパルス管７の高温端が、ロウ付け等
により取り付けられている。蓄冷器ケース１８の内部の
空間が、真空容器１００の壁に形成された穴を介して高
温端ブロック４内の第１の空洞１３に連通している。パ
ルス管７の内部の空洞が、真空容器１００の壁に形成さ
れた穴を介して第２の空洞２５に連通している。蓄冷器
ケース１８及びパルス管７は、共に円筒状の形状を有
し、相互に平行に配置されている。
ス１８の高温端及びパルス管７の高温端が、ロウ付け等
により取り付けられている。蓄冷器ケース１８の内部の
空間が、真空容器１００の壁に形成された穴を介して高
温端ブロック４内の第１の空洞１３に連通している。パ
ルス管７の内部の空洞が、真空容器１００の壁に形成さ
れた穴を介して第２の空洞２５に連通している。蓄冷器
ケース１８及びパルス管７は、共に円筒状の形状を有
し、相互に平行に配置されている。
【００２１】蓄冷器ケース１８の低温端及びパルス管７
の低温端に、熱シールド板１０１がロウ付け等により取
り付けられている。熱シールド板１０１内に、蓄冷器ケ
ース１８内の空間とパルス管７内の空洞とを連通させる
ガス流路２０が設けられている。なお、熱シールド板１
０１の一部を肉厚にし、この部分にガス流路２０を形成
してもよいし、ガス流路２０を形成された金属部材と熱
シールド板とを、相互に取り外しできないように固定し
てもよい。
の低温端に、熱シールド板１０１がロウ付け等により取
り付けられている。熱シールド板１０１内に、蓄冷器ケ
ース１８内の空間とパルス管７内の空洞とを連通させる
ガス流路２０が設けられている。なお、熱シールド板１
０１の一部を肉厚にし、この部分にガス流路２０を形成
してもよいし、ガス流路２０を形成された金属部材と熱
シールド板とを、相互に取り外しできないように固定し
てもよい。
【００２２】ガス流路２０の、蓄冷器ケース１８側の一
部の空間２１内にカートリッジ式の整流器３２が装填さ
れ、パルス管７側の一部の空間２２内にカートリッジ式
の整流器３３が装填されている。整流器３２は、カート
リッジケース３８と整流用部材２３とを含む。カートリ
ッジケース３８はガス流路２０の内面に密接している。
整流用部材２３は、カートリッジケース３８内に充填さ
れている。整流器３３は、整流器３２と同様に、カート
リッジケース３９と整流用部材２４とを含んで構成され
ている。
部の空間２１内にカートリッジ式の整流器３２が装填さ
れ、パルス管７側の一部の空間２２内にカートリッジ式
の整流器３３が装填されている。整流器３２は、カート
リッジケース３８と整流用部材２３とを含む。カートリ
ッジケース３８はガス流路２０の内面に密接している。
整流用部材２３は、カートリッジケース３８内に充填さ
れている。整流器３３は、整流器３２と同様に、カート
リッジケース３９と整流用部材２４とを含んで構成され
ている。
【００２３】蓄冷器ケース１８内に、カートリッジ式の
蓄冷器３１が装填されている。蓄冷器３１は、カートリ
ッジケース３５と蓄冷材１９とから構成される。カート
リッジケース３５は、円筒状の形状を有し、その外周面
が蓄冷器ケース１８の内周面に密接している。カートリ
ッジケース３５の中に蓄冷材１９が充填されている。カ
ートリッジケース３５は、熱伝導率の低いベークライ
ト、プラスチック、あるいはステンレスなどで形成され
ている。これにより、カートリッジケース３５の高温端
ブロック４側の端部と低温端ブロック５側の端部との間
に温度差が発生しやすくなる。
蓄冷器３１が装填されている。蓄冷器３１は、カートリ
ッジケース３５と蓄冷材１９とから構成される。カート
リッジケース３５は、円筒状の形状を有し、その外周面
が蓄冷器ケース１８の内周面に密接している。カートリ
ッジケース３５の中に蓄冷材１９が充填されている。カ
ートリッジケース３５は、熱伝導率の低いベークライ
ト、プラスチック、あるいはステンレスなどで形成され
ている。これにより、カートリッジケース３５の高温端
ブロック４側の端部と低温端ブロック５側の端部との間
に温度差が発生しやすくなる。
【００２４】蓄冷器ケース１８とカートリッジケース３
５との間の高温端近傍に、Ｏリング３７が配置されてい
る。Ｏリング３７は、蓄冷器ケース１８とカートリッジ
ケース３５との間に冷媒ガスが侵入することを防止す
る。
５との間の高温端近傍に、Ｏリング３７が配置されてい
る。Ｏリング３７は、蓄冷器ケース１８とカートリッジ
ケース３５との間に冷媒ガスが侵入することを防止す
る。
【００２５】高温端ブロック４内の第１の空洞１３内
に、カートリッジ式の整流器５１が装填され、第２の空
間２５内にカートリッジ式の整流器３４が装填されてい
る。整流器５１は、カートリッジケース５２と整流用部
材５３とを含んで構成され、整流器３４は、カートリッ
ジケース４０と整流用部材２６とを含んで構成される。
その構造は、整流器３２の構造と同様である。カートリ
ッジケース３８、３９、４０及び５２は、熱伝導率の高
い銅その他の金属材料で形成される。
に、カートリッジ式の整流器５１が装填され、第２の空
間２５内にカートリッジ式の整流器３４が装填されてい
る。整流器５１は、カートリッジケース５２と整流用部
材５３とを含んで構成され、整流器３４は、カートリッ
ジケース４０と整流用部材２６とを含んで構成される。
その構造は、整流器３２の構造と同様である。カートリ
ッジケース３８、３９、４０及び５２は、熱伝導率の高
い銅その他の金属材料で形成される。
【００２６】カートリッジケース５２の外周面と真空容
器１００の穴の内周面との間、かつ蓄冷器３１のカート
リッジケース３５の端部と高温端ブロック４との間にＯ
リング３６が配置されている。カートリッジケース４０
の端面と真空容器１００の外側の面との間にＯリング４
１が配置され、カートリッジケース４０と第２の空間２
５との間にＯリング４２が配置されている。Ｏリング３
６、４１、及び４２は、パルス管冷凍機３０内からの冷
媒ガスの漏れを防止する。
器１００の穴の内周面との間、かつ蓄冷器３１のカート
リッジケース３５の端部と高温端ブロック４との間にＯ
リング３６が配置されている。カートリッジケース４０
の端面と真空容器１００の外側の面との間にＯリング４
１が配置され、カートリッジケース４０と第２の空間２
５との間にＯリング４２が配置されている。Ｏリング３
６、４１、及び４２は、パルス管冷凍機３０内からの冷
媒ガスの漏れを防止する。
【００２７】真空容器１００から高温端ブロック４を取
り外すと、カートリッジ式の整流器５１及び３４を容易
に交換することができる。また、蓄冷器３１も、容易に
交換することができる。整流器３２は、蓄冷器ケース１
８内の空間を通して、容易に交換することができる。蓄
冷器３１のカートリッジケース３５と整流器３２のカー
トリッジケース３８とを一体化してもよい。さらに、こ
れらのカートリッジケース３５、３８と、整流器５１の
カートリッジケース５２とを一体化してもよい。整流器
３３は、パルス管７内の空洞を通して容易に交換するこ
とができる。
り外すと、カートリッジ式の整流器５１及び３４を容易
に交換することができる。また、蓄冷器３１も、容易に
交換することができる。整流器３２は、蓄冷器ケース１
８内の空間を通して、容易に交換することができる。蓄
冷器３１のカートリッジケース３５と整流器３２のカー
トリッジケース３８とを一体化してもよい。さらに、こ
れらのカートリッジケース３５、３８と、整流器５１の
カートリッジケース５２とを一体化してもよい。整流器
３３は、パルス管７内の空洞を通して容易に交換するこ
とができる。
【００２８】また、真空容器１００内を真空に保ったま
ま、蓄冷器３１や整流器３２、３３、３４、及び５１を
交換することができる。このため、冷却対象物である熱
シールド板１０１を室温まで昇温させることなく、パル
ス管冷凍機３０のメンテナンスを行うことができる。
ま、蓄冷器３１や整流器３２、３３、３４、及び５１を
交換することができる。このため、冷却対象物である熱
シールド板１０１を室温まで昇温させることなく、パル
ス管冷凍機３０のメンテナンスを行うことができる。
【００２９】さらに、上記第１の実施例による低温装置
では、蓄冷器３１とパルス管７との低温端同士を接続す
るガス流路２０が、冷却対象物である熱シールド板１０
１内に直接形成されている。このため、低温端で発生し
た寒冷が直接熱シールド板１０１に伝達される。これに
より、熱の伝達効率を高めることができる。
では、蓄冷器３１とパルス管７との低温端同士を接続す
るガス流路２０が、冷却対象物である熱シールド板１０
１内に直接形成されている。このため、低温端で発生し
た寒冷が直接熱シールド板１０１に伝達される。これに
より、熱の伝達効率を高めることができる。
【００３０】また、上記第１の実施例では、蓄冷器ケー
ス１８とパルス管７とが、熱シールド板１０１を真空容
器１００内に物理的に支持している。パルス管冷凍機３
０のメンテナンス時にも、蓄冷器ケース１８とパルス管
７とを取り外さなくてもよいため、熱シールド板１０１
を機械的に支持する他の支持部材を配置する必要がな
い。このため、支持部材を経由した熱の侵入を抑制する
ことができる。
ス１８とパルス管７とが、熱シールド板１０１を真空容
器１００内に物理的に支持している。パルス管冷凍機３
０のメンテナンス時にも、蓄冷器ケース１８とパルス管
７とを取り外さなくてもよいため、熱シールド板１０１
を機械的に支持する他の支持部材を配置する必要がな
い。このため、支持部材を経由した熱の侵入を抑制する
ことができる。
【００３１】次に、図２を参照して、本発明の第２の実
施例による低温装置について説明する。
施例による低温装置について説明する。
【００３２】図２は、第２の実施例による低温装置の断
面図を示す。第２の実施例による低温装置では、２段式
パルス管冷凍機７０が用いられている。
面図を示す。第２の実施例による低温装置では、２段式
パルス管冷凍機７０が用いられている。
【００３３】パルス管冷凍機７０は、図１に示したパル
ス管冷凍機３０と同様に、高温端ブロック４に設けた管
路接続部１１及び１２、オリフィス１４、バッファタン
ク１５、パルス管７、蓄冷器ケース１８、熱シールド板
１０１、蓄冷器３１、整流器３３、３４、及び５１、整
流用部材２３を含んで構成される。なお、図１に示した
整流器３２のカートリッジケース３８は、蓄冷器３１の
カートリッジケース３５と一体化されている。
ス管冷凍機３０と同様に、高温端ブロック４に設けた管
路接続部１１及び１２、オリフィス１４、バッファタン
ク１５、パルス管７、蓄冷器ケース１８、熱シールド板
１０１、蓄冷器３１、整流器３３、３４、及び５１、整
流用部材２３を含んで構成される。なお、図１に示した
整流器３２のカートリッジケース３８は、蓄冷器３１の
カートリッジケース３５と一体化されている。
【００３４】第１段目の蓄冷器ケース１８の中心軸の延
長線上に第２段目の蓄冷器ケース８１が配置されてい
る。第２段目の蓄冷器ケースは、その高温端において熱
シールド板１０１に、ロウ付け等により取り付けられて
いる。第２段目の蓄冷器ケース８１内の空間が、熱シー
ルド板１０１内に形成されているガス流路２０を介し
て、第１段目の蓄冷器３１内の空間に連通している。
長線上に第２段目の蓄冷器ケース８１が配置されてい
る。第２段目の蓄冷器ケースは、その高温端において熱
シールド板１０１に、ロウ付け等により取り付けられて
いる。第２段目の蓄冷器ケース８１内の空間が、熱シー
ルド板１０１内に形成されているガス流路２０を介し
て、第１段目の蓄冷器３１内の空間に連通している。
【００３５】第１段目の蓄冷器ケース１８及び第２段目
の蓄冷器ケース８１と平行に、第２段目のパルス管７２
が配置されている。第２段目のパルス管７２の高温端
は、真空容器１００の内側の面に取り付けられている。
第２段目のパルス管７２内の空洞は、第１段目のパルス
管７の場合と同様に、高温端ブロック４内に形成された
第３の空間９０、オリフィス７６、管路接続部７５を介
してバッファタンク７７に連通している。第３の空間９
０内に、カートリッジ式の整流器７４が装填されてい
る。整流器７４は、カートリッジケース９１とその中に
充填された整流用部材９２とを含んで構成されている。
の蓄冷器ケース８１と平行に、第２段目のパルス管７２
が配置されている。第２段目のパルス管７２の高温端
は、真空容器１００の内側の面に取り付けられている。
第２段目のパルス管７２内の空洞は、第１段目のパルス
管７の場合と同様に、高温端ブロック４内に形成された
第３の空間９０、オリフィス７６、管路接続部７５を介
してバッファタンク７７に連通している。第３の空間９
０内に、カートリッジ式の整流器７４が装填されてい
る。整流器７４は、カートリッジケース９１とその中に
充填された整流用部材９２とを含んで構成されている。
【００３６】凝縮容器１１０が、第２段目の蓄冷器ケー
ス８１の低温端と第２段目パルス管７２の低温端とを接
続する。凝縮容器１１０内に、第２段目の蓄冷器ケース
８１内の空間と第２段目パルス管７２内の空間とを連通
させるガス流路１１１が設けられている。第２段目の蓄
冷器ケース８１内に、第２段目の蓄冷器７１が装填され
ている。第２段目の蓄冷器７１は、カートリッジケース
８２、及びその内部に充填された第２段目の蓄冷材８３
を含んで構成されている。さらに、蓄冷材８３の両側の
端部に、それぞれ整流用部材８４及び８５が充填されて
いる。
ス８１の低温端と第２段目パルス管７２の低温端とを接
続する。凝縮容器１１０内に、第２段目の蓄冷器ケース
８１内の空間と第２段目パルス管７２内の空間とを連通
させるガス流路１１１が設けられている。第２段目の蓄
冷器ケース８１内に、第２段目の蓄冷器７１が装填され
ている。第２段目の蓄冷器７１は、カートリッジケース
８２、及びその内部に充填された第２段目の蓄冷材８３
を含んで構成されている。さらに、蓄冷材８３の両側の
端部に、それぞれ整流用部材８４及び８５が充填されて
いる。
【００３７】ガス流路１１１の、第２段目パルス管７２
側の一部の空間に、カートリッジ式の整流器７３が装填
されている。カートリッジ式整流器７３は、カートリッ
ジケース８８と整流用部材８９とを含んで構成される。
側の一部の空間に、カートリッジ式の整流器７３が装填
されている。カートリッジ式整流器７３は、カートリッ
ジケース８８と整流用部材８９とを含んで構成される。
【００３８】凝縮容器１１０内に、さらに凝縮空洞１１
２が設けられている。液化ヘリウム槽１１５が、２本の
管路１１３及び１１４を介して凝縮容器１１０に取り付
けられている。管路１１３及び１１４の各々は、液化ヘ
リウム槽１１５内の空洞を、凝縮空洞１１２に連通させ
る。
２が設けられている。液化ヘリウム槽１１５が、２本の
管路１１３及び１１４を介して凝縮容器１１０に取り付
けられている。管路１１３及び１１４の各々は、液化ヘ
リウム槽１１５内の空洞を、凝縮空洞１１２に連通させ
る。
【００３９】パルス管冷凍機７０を運転すると、熱シー
ルド板１０１及び凝縮容器１１０が冷却される。熱シー
ルド板１０１内に直接ガス流路２０が形成されているた
め、熱シールド板１０１を効率的に冷却することができ
る。ガス流路１１１と凝縮空洞１１２とが、１つの凝縮
容器１１０内に設けられているため、凝縮空洞１１２を
効率的に冷却することができる。
ルド板１０１及び凝縮容器１１０が冷却される。熱シー
ルド板１０１内に直接ガス流路２０が形成されているた
め、熱シールド板１０１を効率的に冷却することができ
る。ガス流路１１１と凝縮空洞１１２とが、１つの凝縮
容器１１０内に設けられているため、凝縮空洞１１２を
効率的に冷却することができる。
【００４０】液化ヘリウム槽１１５内に溜められている
液化ヘリウム１１６が蒸発すると、管路１１３内を通っ
て凝縮空洞１１２内に侵入する。凝縮空洞１１２内で冷
却され、再凝縮した液化ヘリウムが、管路１１４を通っ
て液化ヘリウム槽１１５内に回収される。
液化ヘリウム１１６が蒸発すると、管路１１３内を通っ
て凝縮空洞１１２内に侵入する。凝縮空洞１１２内で冷
却され、再凝縮した液化ヘリウムが、管路１１４を通っ
て液化ヘリウム槽１１５内に回収される。
【００４１】高温端ブロック４を真空容器１００から取
り外すと、整流器３４、５１、７４、及び蓄冷器３１を
容易に交換することができる。また、第１段目の蓄冷器
ケース１８内の空間を通して、第２段目の蓄冷器７１を
容易に交換することができる。第１段目パルス管７内の
空間を通して、整流器３３を容易に交換することがで
き、第２段目のパルス管７２内の空間を通して、整流器
７３を容易に交換することができる。
り外すと、整流器３４、５１、７４、及び蓄冷器３１を
容易に交換することができる。また、第１段目の蓄冷器
ケース１８内の空間を通して、第２段目の蓄冷器７１を
容易に交換することができる。第１段目パルス管７内の
空間を通して、整流器３３を容易に交換することがで
き、第２段目のパルス管７２内の空間を通して、整流器
７３を容易に交換することができる。
【００４２】高温端ブロック４を取り外しても、真空容
器１００内の真空が維持されているため、凝縮容器１１
０及び液化ヘリウム槽１１５を昇温させることなく、パ
ルス管冷凍機７０のメンテナンスを行うことができる。
器１００内の真空が維持されているため、凝縮容器１１
０及び液化ヘリウム槽１１５を昇温させることなく、パ
ルス管冷凍機７０のメンテナンスを行うことができる。
【００４３】上記第１及び第２の実施例では、冷却対象
物が、熱シールド板や、液化ヘリウムを再凝縮させる凝
縮容器である場合について説明した。上記実施例による
低温装置で用いたパルス管冷凍機は、その他の冷却対象
物の冷却にも使用できる。以下、図３〜図６を参照し
て、上記パルス管冷凍機で他の冷却対象物を冷却する第
３〜第６の実施例について説明する。
物が、熱シールド板や、液化ヘリウムを再凝縮させる凝
縮容器である場合について説明した。上記実施例による
低温装置で用いたパルス管冷凍機は、その他の冷却対象
物の冷却にも使用できる。以下、図３〜図６を参照し
て、上記パルス管冷凍機で他の冷却対象物を冷却する第
３〜第６の実施例について説明する。
【００４４】図３は、第３の実施例による低温装置（ク
ライオポンプ）の概略図を示す。使用されているパルス
管冷凍機７０は、図２に示した第２の実施例による低温
装置に用いられていたものと同様のものである。以下、
第２の実施例による低温装置と異なる点に着目して説明
を続ける。
ライオポンプ）の概略図を示す。使用されているパルス
管冷凍機７０は、図２に示した第２の実施例による低温
装置に用いられていたものと同様のものである。以下、
第２の実施例による低温装置と異なる点に着目して説明
を続ける。
【００４５】パルス管冷凍機７０が、第２の実施例の場
合と同様に真空容器１００に取り付けられている。熱シ
ールド板１０１の一部にバッフル板１２０が取り付けら
れている。第２段目の蓄冷器ケース８１及び第２段目の
パルス管７２の低温端に、クライオパネル１２１が取り
付けられている。クライオパネル１２１内に、第２段目
の蓄冷器ケース８１内の空間と第２段目のパルス管７２
内の空洞とを連通させるガス流路１１１が形成されてい
る。クライオパネル１２１に活性炭１２２が固着されて
いる。
合と同様に真空容器１００に取り付けられている。熱シ
ールド板１０１の一部にバッフル板１２０が取り付けら
れている。第２段目の蓄冷器ケース８１及び第２段目の
パルス管７２の低温端に、クライオパネル１２１が取り
付けられている。クライオパネル１２１内に、第２段目
の蓄冷器ケース８１内の空間と第２段目のパルス管７２
内の空洞とを連通させるガス流路１１１が形成されてい
る。クライオパネル１２１に活性炭１２２が固着されて
いる。
【００４６】第３の実施例の場合にも、熱シールド板１
０１、バッフル板１２０、及びクライオパネル１２１を
効率的に冷却することができる。また、クライオパネル
１２１を昇温させることなく、パルス管冷凍機７０のメ
ンテナンスを行うことができる。
０１、バッフル板１２０、及びクライオパネル１２１を
効率的に冷却することができる。また、クライオパネル
１２１を昇温させることなく、パルス管冷凍機７０のメ
ンテナンスを行うことができる。
【００４７】図４は、第４の実施例による低温装置（超
伝導コイル）の断面図を示す。コイルボビン１３０に超
伝導コイル１３１が巻かれている。パルス管冷凍機７０
の第２段目の蓄冷器ケース８１と第２段目のパルス管７
２の低温端が、コイルボビン１３０に取り付けられてい
る。コイルボビン１３０内に、第２段目の蓄冷器ケース
８１内の空間と第２段目のパルス管７２内の空洞とを連
通させるガス流路１１１が形成されている。パルス管冷
凍機７０は、図２に示した第２の実施例による低温装置
に使用されていたパルス管冷凍機と同様のものである。
伝導コイル）の断面図を示す。コイルボビン１３０に超
伝導コイル１３１が巻かれている。パルス管冷凍機７０
の第２段目の蓄冷器ケース８１と第２段目のパルス管７
２の低温端が、コイルボビン１３０に取り付けられてい
る。コイルボビン１３０内に、第２段目の蓄冷器ケース
８１内の空間と第２段目のパルス管７２内の空洞とを連
通させるガス流路１１１が形成されている。パルス管冷
凍機７０は、図２に示した第２の実施例による低温装置
に使用されていたパルス管冷凍機と同様のものである。
【００４８】図５は、第５の実施例による低温装置（液
化ガス槽）の断面図を示す。パルス管冷凍機７０の第２
段目の蓄冷器ケース８１と第２段目のパルス管７２の低
温端が、液化ガス槽１４０に取り付けられている。液化
ガス槽１４０の壁の中に、第２段目の蓄冷器ケース８１
内の空間と第２段目のパルス管７２内の空洞とを連通さ
せるガス流路１１１が形成されている。液化ガス槽１４
０内に、液化ガス１４１が満たされている。液化ガスの
例として、例えばヘリウム、ネオン、窒素、酸素、水素
等が挙げられる。
化ガス槽）の断面図を示す。パルス管冷凍機７０の第２
段目の蓄冷器ケース８１と第２段目のパルス管７２の低
温端が、液化ガス槽１４０に取り付けられている。液化
ガス槽１４０の壁の中に、第２段目の蓄冷器ケース８１
内の空間と第２段目のパルス管７２内の空洞とを連通さ
せるガス流路１１１が形成されている。液化ガス槽１４
０内に、液化ガス１４１が満たされている。液化ガスの
例として、例えばヘリウム、ネオン、窒素、酸素、水素
等が挙げられる。
【００４９】図６は、第６の実施例による低温装置（ウ
エハチャック）の断面図を示す。パルス管冷凍機３０の
蓄冷器ケース１８とパルス管７の低温端が、ウエハチャ
ック１５０の下面に取り付けられている。ウエハチャッ
ク１５０内に、蓄冷器ケース１８内の空間とパルス管７
内の空洞とを連通させるガス流路２０が形成されてい
る。パルス管冷凍機３０は、図１に示した第１の実施例
による低温装置に使用されていたパルス管冷凍機と同様
のものである。
エハチャック）の断面図を示す。パルス管冷凍機３０の
蓄冷器ケース１８とパルス管７の低温端が、ウエハチャ
ック１５０の下面に取り付けられている。ウエハチャッ
ク１５０内に、蓄冷器ケース１８内の空間とパルス管７
内の空洞とを連通させるガス流路２０が形成されてい
る。パルス管冷凍機３０は、図１に示した第１の実施例
による低温装置に使用されていたパルス管冷凍機と同様
のものである。
【００５０】ウエハチャック１５０の上面に、半導体ウ
エハ１５５が載置される。半導体ウエハ１５５の載置さ
れる面に、複数の真空吸引口１５１が開口している。真
空吸引口１５１は、排気用流路１５２に繋がっている。
排気用流路１５２内を真空ポンプで排気することによ
り、半導体ウエハ１５５がウエハチャック１５０の上面
に固定される。半導体ウエハ１５５を載置する面と、ガ
ス流路２０とが、相互に取り外しできないような構成と
されている。
エハ１５５が載置される。半導体ウエハ１５５の載置さ
れる面に、複数の真空吸引口１５１が開口している。真
空吸引口１５１は、排気用流路１５２に繋がっている。
排気用流路１５２内を真空ポンプで排気することによ
り、半導体ウエハ１５５がウエハチャック１５０の上面
に固定される。半導体ウエハ１５５を載置する面と、ガ
ス流路２０とが、相互に取り外しできないような構成と
されている。
【００５１】上記第４〜６の実施例の場合にも、冷却対
象物を効率的に冷却することができる。また、冷却対象
物を昇温させることなく、パルス管冷凍機のメンテナン
スを行うことができる。
象物を効率的に冷却することができる。また、冷却対象
物を昇温させることなく、パルス管冷凍機のメンテナン
スを行うことができる。
【００５２】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。
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。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルス管冷凍機の低温端と冷却対象物とが不可分の状態
であるため、冷却対象物を効率的に冷却することができ
る。また、蓄冷器や整流器がカートリッジ式になってい
るため、冷却対象物の配置された真空を維持したまま蓄
冷器や整流器を交換することができる。
パルス管冷凍機の低温端と冷却対象物とが不可分の状態
であるため、冷却対象物を効率的に冷却することができ
る。また、蓄冷器や整流器がカートリッジ式になってい
るため、冷却対象物の配置された真空を維持したまま蓄
冷器や整流器を交換することができる。
【図１】第１の実施例による低温装置の断面図である。
【図２】第２の実施例による低温装置の断面図である。
【図３】第３の実施例による低温装置の断面図である。
【図４】第４の実施例による低温装置の部分断面図であ
る。
る。
【図５】第５の実施例による低温装置の部分断面図であ
る。
る。
【図６】第６の実施例による低温装置の部分断面図であ
る。
る。
【図７】従来の低温装置の断面図である。
２ ガス圧縮機
３ 高圧低圧切替バルブ
４ 高温端ブロック
７ 第１段目のパルス管
１５、７７ バッファタンク
１８ 第１段目の蓄冷器ケース
２０ ガス流路
３０、７０ パルス管冷凍機
３１ 第１段目の蓄冷器
３２、３３、３４、５１、７３、７４ 整流器
７１ 第２段目の蓄冷器
７２ 第２段目のパルス管
８１ 第２段目の蓄冷器ケース
１００ 真空容器
１０１ 熱シールド板
１１０ 凝縮容器
１１５ 液化ガス槽
１２０ バッフル板
１２１ クライオパネル
１２２ 活性炭
１３０ コイルボビン
１３１ 超伝導コイル
１４０ 液化ガス槽
１４１ 液化ガス
１５０ ウエハチャック
１５１ 真空吸引口
１５２ 排気用流路
１５５ 半導体ウエハ
Claims (9)
- 【請求項１】 高温端と低温端とが画定され、内部に空
洞を有するパルス管と、 高温端と低温端とが画定された筒状の蓄冷器ケースと、 カートリッジケース及び該カートリッジケース内に充填
された蓄冷材を含み、該カートリッジケースが前記蓄冷
器ケース内に着脱可能に挿入されている蓄冷器と、 前記パルス管の低温端と前記蓄冷器ケースの低温端とを
接続し、前記蓄冷器ケース内の空間と、前記パルス管内
の空間とを相互に連通させる流路が内部に形成された冷
却対象物と、 前記蓄冷器ケースの高温端側から、前記蓄冷器内への冷
媒ガスの供給と、該蓄冷器内からの冷媒ガスの回収とを
周期的に繰り返すガス供給装置とを有する低温装置。 - 【請求項２】 前記冷却対象物が熱シールド板を含み、
前記流路を画定する部分と該熱シールド板とが、一体成
型されているかもしくは相互に取り外しできないように
固定されている請求項１に記載の低温装置。 - 【請求項３】 前記冷却対象物が、その内部に凝縮空洞
を画定し、前記流路と該凝縮空洞とは相互に取り外しで
きないように構成されており、 さらに、低温の液化ガスを収容する低温槽と、 前記低温槽内の空洞と前記再凝縮空洞とを接続し、ガス
もしくは液化ガスを流通させる通路とを有する請求項１
に記載の低温装置。 - 【請求項４】 前記冷却対象物がクライオポンプのクラ
イオパネルを含み、前記流路を画定する部分と該クライ
オパネルとが、一体成型されているかもしくは相互に取
り外しできないように固定されている請求項１に記載の
低温装置。 - 【請求項５】 前記冷却対象物が超伝導コイル用ボビン
を含み、前記流路を画定する部分と該超伝導コイル用ボ
ビンとが、一体成型されているかもしくは相互に取り外
しできないように固定されている請求項１に記載の低温
装置。 - 【請求項６】 前記冷却対象物が低温槽を含み、前記流
路を画定する部分と該低温槽とが、一体成型されている
かもしくは相互に取り外しできないように固定されてい
る請求項１に記載の低温装置。 - 【請求項７】 前記冷却対象物が、保持物を載置する載
置面を有し、前記流路と該載置面とは相互に取り外しで
きないように構成されており、さらに、該載置面に載置
された保持物を固定する固定機構を有する請求項１に記
載の低温装置。 - 【請求項８】 さらに、前記冷却対象物が内部に配置さ
れた真空容器を有し、該冷却対象物が、前記パルス管及
び蓄冷器ケースによって前記真空容器内に物理的に支持
されている請求項１〜７のいずれかに記載の低温装置。 - 【請求項９】 さらに、前記蓄冷器ケースと前記ガス供
給装置との間に挿入され、両者の間に冷媒ガスの輸送路
を画定する筒状の第２の蓄冷器ケースと、 第２のカートリッジケース及び該第２のカートリッジケ
ース内に充填された第２の蓄冷材を含み、該第２のカー
トリッジケースが前記第２の蓄冷器ケースにより画定さ
れた輸送路内に着脱可能に挿入されている第２の蓄冷器
と、 前記蓄冷器ケースと前記第２の蓄冷器ケースとが接続さ
れた部分から分岐したガス流路と、 高温端と低温端とが画定され、低温端が前記ガス流路に
接続された第２のパルス管とを有する請求項１〜８のい
ずれかに記載の低温装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001266902A JP2003075003A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | 低温装置 |
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| JP2001266902A JP2003075003A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | 低温装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003075003A true JP2003075003A (ja) | 2003-03-12 |
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|---|---|---|---|
| JP2001266902A Pending JP2003075003A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | 低温装置 |
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| JP (1) | JP2003075003A (ja) |
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- 2001-09-04 JP JP2001266902A patent/JP2003075003A/ja active Pending
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