JP2011012924A

JP2011012924A - ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機

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Publication number: JP2011012924A
Application number: JP2009159018A
Authority: JP
Inventors: Meigyo Kyo; 名堯許
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-20
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Abstract

【課題】二次流れの発生を抑制し、良好な冷凍効率を有するパルスチューブ冷凍機。
【解決手段】パルスチューブ冷凍機は、蓄冷管と、パルス管と、冷媒用の高圧供給側および低圧回収側を有する圧縮機であって、高圧供給側は、第１の開閉バルブを備える冷媒供給路を介して、蓄冷管の高温端に接続され、低圧回収側は、第２の開閉バルブを備える冷媒回収路を介して、蓄冷管の高温端に接続された圧縮機と、ダブルインレット弁を有し、パルス管の高温端と蓄冷管の高温端とを接続するバイパス配管と、パルス管の高温端に、流路抵抗部材を有する第１の配管を介して接続されたバッファタンクとを備える。さらにパルスチューブ冷凍機は、第３の開閉バルブを有する第２の配管を有し、該第２の配管は、圧縮機とバッファタンクまたは第１の配管の間に設置され、第３の開閉バルブの開閉は、第１の開閉バルブの開閉状態に対応する。
【選択図】図３

Description

本発明は、パルスチューブ冷凍機に関し、特に、ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機に関する。

従来より、極低温環境が必要となる装置、例えば、核磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）等を冷却する際に、パルスチューブ冷凍機が使用されている。

パルスチューブ冷凍機では、圧縮機により圧縮された作動流体である冷媒ガス（例えば、ヘリウムガス）が蓄冷管およびパルス管に流入する動作と、作動流体がパルス管および蓄冷管から流出され、圧縮機に回収される動作を繰り返すことで、蓄冷管およびパルス管の低温端に寒冷が形成される。また、これらの低温端に、被冷却対象を熱的に接触させることで、被冷却対象から熱を奪うことができる。

特に、ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機は、高い冷却効率を有するという特徴を有し、様々な分野での適用が期待されている。

図１には、従来の単段（１段）式のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の概略構成図を示す。従来のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０は、圧縮機１２、高温端４２と低温端４４を有する蓄冷管４０、高温端５２と低温端５４を有するパルス管５０、およびバッファタンク７０を備える。蓄冷管４０の低温端４４とパルス管５０の低温端５４は、接続配管５６で接続されている。

圧縮機１２には、高圧（供給）側および低圧（回収）側の冷媒用流路１３Ａ、１３Ｂが接続されている。圧縮機１２の高圧側の冷媒用流路１３Ａは、開閉バルブＶ１が接続された高圧側配管１５Ａおよび共通配管２０を有し、蓄冷管４０の高温端４２に接続されている。また、圧縮機１２の低圧側の冷媒用流路１３Ｂは、開閉バルブＶ３が接続された低圧側配管１５Ｂおよび共通配管２０を有し、蓄冷管４０の高温端４２に接続されている。

パルス管５０の高温端５２は、オリフィス６０を有する配管６１を介して、バッファタンク７０と接続されている。また、共通配管２０と配管６１の間には、ダブルインレット弁６３を有するバイパス配管６５が接続される。

このように構成されたダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０では、開閉バルブＶ１、Ｖ２を適正に動作させることにより、蓄冷器４０および接続配管５６を通して、パルス管５０内に圧力波が供給される。また、パルス管５０内で、冷媒ガスの圧縮、膨脹が繰り返され、寒冷が生じる。発生した寒冷は、蓄冷器４０において蓄冷される。また、オリフィス弁６０、バッファタンク７０、およびダブルインレット弁６３によって、パルス管５０内の冷媒ガスの圧縮、膨脹の位相を制御することにより、パルス管５０内で効率的に寒冷を発生させることができる。

しかしながら、ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０では、冷媒ガスの供給過程／回収過程において、ダブルインレット弁６３を流通する冷媒ガス流量のアンバランスによって、例えば、ダブルインレット弁６３を有するバイパス配管６５、パルス管５０、接続配管５６、および蓄冷器４０で構成される閉回路を循環する、冷媒ガスの二次流れ（図１の矢印Ｌ）が発生し易いという問題がある。このような二次流れは、一方向性であり、熱損失の原因となるため、二次流れが発生すると、冷凍機の冷却能力は、大幅に低下してしまう。

このような二次流れの発生を抑制するため、ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を図２のように構成することが提案されている（例えば特許文献１）。

図２は、従来の別のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０'の構成を模式的に示した図である。図２に示すように、前述のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０と比較すると、このダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０'では、バッファタンク７０と圧縮機１２の低圧側の冷媒用流路１３Ｂの間に、オリフィス７２を有する別の配管７４が追加されている。

このような構成では、冷媒ガスの回収過程において、パルス管５０内の冷媒ガスは、以下の３つの経路で、圧縮機１２の方に流れるようになる：（１）パルス管５０〜バイパス管６５〜共通配管２０〜低圧側配管１５Ｂ〜圧縮機１２、（２）パルス管５０〜接続配管５６〜蓄冷器４０〜共通配管２０〜低圧側配管１５Ｂ〜圧縮機１２、（３）配管６１〜バッファタンク７０〜別の配管７４〜圧縮機１２。

従って、図２のような構成とすることにより、前述のような閉回路を循環する二次流れの発生を抑制することができる。

特許３８００５７７号明細書

しかしながら、図２のような構成では、以下のような問題が生じ得る。

冷媒ガスの供給過程において、開閉バルブＶ１が開かれると、冷媒ガスの一部は、バイパス配管６５を通り、パルス管５０の高温端５２から、パルス管に供給される。また、残りの冷媒ガスは、圧縮機１２から、高圧側の冷媒用流路１３Ａを通り、蓄冷器４０に入り、該蓄冷器４０内の蓄冷材と熱交換される。熱交換（冷却）された冷媒ガスは、さらに接続配管５６を通り、パルス管５０の低温端５４から、パルス管５０に供給される。

ここで、図２のようなダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０'では、バッファタンク７０と圧縮機１２の低圧側の冷媒用流路１３Ｂの間に、オリフィス７２を有する別の配管７４が接続されている。このため、蓄冷器４０で冷やされて、パルス管５０に導入された冷媒ガスの一部は、次段階の回収過程で仕事をする前に、配管６１〜バッファタック７０〜別の配管７４を通り、そのまま圧縮機１２の方に排出されてしまう。このような現象が生じると、蓄冷器４０の冷却効率が低下するという問題がある。

このような蓄冷器４０の冷却効率の低下は、パルスチューブ冷凍機の冷凍能力の低下につながる。また、供給過程で圧縮機１２から供給される高圧冷媒ガスの量を増加させる必要が生じ、これにより、パルスチューブ冷凍機の冷凍効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、装置全体の冷凍効率を低下させることなく、二次流れの発生を抑制することができるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を提供することを目的とする。

本発明では、
高温端および低温端を有する蓄冷管と、
高温端、および前記蓄冷管の低温端と接続された低温端を有するパルス管と、
冷媒用の高圧供給側および低圧回収側を有する圧縮機であって、
前記高圧供給側は、第１の開閉バルブを備える冷媒供給路を介して、前記蓄冷管の高温端に接続され、
前記低圧回収側は、第２の開閉バルブを備える冷媒回収路を介して、前記蓄冷管の高温端に接続された、圧縮機と、
ダブルインレット弁を有し、前記パルス管の高温端と前記蓄冷管の高温端とを接続するバイパス配管と、
前記パルス管の高温端に、第１の流路抵抗部材を有する第１の配管を介して接続されたバッファタンクと、
を備えるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機であって、
さらに、第３の開閉バルブを含む第２の流路抵抗部材を有する第２の配管を有し、該第２の配管は、前記圧縮機と前記バッファタンクまたは第１の配管の間に設置され、
前記第３の開閉バルブは、前記第１の開閉バルブの開閉状態に対応して、開閉されることを特徴とするダブルインレット型パルスチューブ冷凍機が提供される。

ここで、本発明のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機において、前記第１、第２および第３の開閉バルブは、単一のロータリーバルブまたはスプールバルブで構成されても良い。

また、本発明のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機において、前記第２の流路抵抗部材を有する第２の配管は、一端が、前記圧縮機の前記低圧回収側に接続され、
前記第３の開閉バルブは、前記第１の開閉バルブが開状態の場合、閉止され、前記第１の開閉バルブが閉状態の場合、開かれても良い。

さらに、当該ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機は、多段式のパルスチューブ冷凍機であっても良い。

本発明では、装置全体の冷却効率を低下させることなく、二次流れの発生を抑制することができるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を提供することが可能となる。

従来のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を概略的に示した図である。従来の別のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を概略的に示した図である。本発明の第１の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。図３に示したダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の作動の際の、３つのバルブの開閉状態を時系列的に示した図である。本発明の第２の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。本発明の第３の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。図６に示したダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の作動の際の、３つのバルブの開閉状態を時系列的に示した図である。本発明の第４の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。

以下、図面を用いて、本発明について詳しく説明する。

（第１の実施例）
図３は、本発明の第１の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。

図３に示すように、本発明の第１の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１００−１は、圧縮機１１２、蓄冷管１４０、パルス管１５０、バッファタンク１７０およびこれらに接続された各配管類を備える。

蓄冷管１４０は、高温端１４２および低温端１４４を有する。パルス管１５０は、高温端１５２および低温端１５４を有する。パルス管１５０の高温端１５２および低温端１５４には、熱交換器が設置されている。蓄冷管１４０の低温端１４４とパルス管１５０の低温端１５４は、接続配管１５６で接続されている。また、バッファタンク１７０は、オリフィス等の第１の流路抵抗部材１６０を備える配管１６１を介して、パルス管１５０の高温端１５２と接続される。

圧縮機１１２の高圧側（吐出側）の冷媒用流路１１３Ａは、開閉バルブＶ１が接続された高圧側配管１１５Ａ、および共通配管１２０を有し、蓄冷管１４０の高温端１４２に接続されている。一方、圧縮機１１２の低圧側（吸込側）の冷媒用流路１１３Ｂは、開閉バルブＶ２が接続された低圧側配管１１５Ｂ、および共通配管１２０を有し、蓄冷管１４０の高温端１４２に接続されている。

蓄冷管１４０の高温端１４２とパルス管１５０の高温端１５２の間には、オリフィス等のダブルインレット弁１６３を備えるバイパス配管１６５が接続されている。

さらに、バッファタンク１７０は、第２の低圧側配管１８０Ａを介して、Ｂ点において、圧縮機１１２の低圧側配管１１５Ｂと接続されている。第２の低圧側配管１８０Ａには、第２の流路抵抗部材１８１が設置される。なお、図３の例では、第２の流路抵抗部材１８１は、開閉バルブＶ３および流量制御バルブ１８２で構成されている。しかしながら、第２の流路抵抗部材１８１において、流量制御バルブ１８２は、省略されても良い。

次に、図４を用いて、図３のように構成された本発明によるパルスチューブ冷凍機１００−１の動作について説明する。図４は、パルスチューブ冷凍機１００−１の作動中の、３つの開閉バルブＶ１〜Ｖ３の開閉状態を時系列的に示した図である。以下、各過程について説明する。

（第１過程：時間０〜ｔ_１）
図４に示すように、時間ｔが０≦ｔ≦ｔ_１における冷媒ガスの供給過程では、開閉バルブＶ１が開かれる。これにより、圧縮機１１２からの高圧冷媒ガスは、高圧側の冷媒用流路１１３Ａ、すなわち高圧側配管１１５Ａ〜共通配管１２０を介して、蓄冷器１４０、さらには接続配管１５６を通して、パルス管１５０に供給される。また、冷媒ガスの一部は、共通配管１２０からＡ点で分岐して、ダブルインレット弁１６３を有するバイパス配管１６５から、パルス管１５０の高温端１５２を介して、パルス管１５０内に供給される。これにより、パルス管１５０内の圧力が上昇し、冷媒ガスの一部は、配管１６１を通り、バッファタンク１７０内に収容される。

（第２過程：時間ｔ_１〜ｔ_４）
次に、時間ｔがｔ_１≦ｔ≦ｔ_４における冷媒ガスの回収過程では、開閉バルブＶ１が閉止された後、開閉バルブＶ２が開かれる（ｔ＝ｔ_１）。これにより、パルス管１５０内の冷媒ガスは、パルス管１５０の低温端１５４〜接続配管１５６〜蓄冷管１４０を通り、低圧側の冷媒用流路１１３Ｂ、すなわち共通配管１２０〜低圧側配管１１５Ｂを介して、圧縮機１１２に回収され始める。また、パルス管１５０内の冷媒ガスの一部は、パルス管１５０の高温端１５２〜バイパス配管１６５を通り、さらに、共通配管１２０のＡ点〜低圧側配管１１５Ｂを介して、圧縮機１１２に回収されるようになる。これにより、パルス管内の圧力が低下する。

その後、時間ｔ＝ｔ_２において、開閉バルブＶ２を開いた状態のまま、開閉バルブＶ３が開かれる。なお、開閉バルブＶ３が開かれるタイミングは、開閉バルブＶ２が開かれるタイミングと同じであっても良い（すなわちｔ_２＝ｔ_１）。これにより、バッファタンク１７０内に収容されていた冷媒ガスは、第２の低圧側配管１８０Ａを通り、圧縮機１１２に回収される。また、これにより、バッファタンク１７０内の圧力が低下するため、パルス管１５０内の冷媒ガスの一部は、配管１６１を通り、バッファタンク１７０に向かって移動する。従って、パルス管内の圧力がさらに低下する。

その後、時間ｔ＝ｔ_３において、開閉バルブＶ２を開いた状態のまま、開閉バルブＶ３が閉止される。さらにその後、時間ｔ＝ｔ_４において、開閉バルブＶ２が閉止され、冷媒ガスの回収過程が終了する。なお、開閉バルブＶ３が閉止されるタイミングは、開閉バルブＶ２が閉止されるタイミングと同じであっても良い（すなわちｔ_３＝ｔ_４）。

以上の過程（ｔ＝０〜ｔ_４）を１サイクルとして繰り返すことにより、パルス管１５０内で冷媒ガスの圧縮／膨脹が繰り返し生じ、パルス管１５０の低温端１５４で寒冷が発生する。また、パルス管１５０の低温端１５４に設置された被冷却対象（図３には示されていない）を冷却することができる。

ここで、前述のように、通常のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１０では、冷媒ガスの供給過程／回収過程において、ダブルインレット弁６３を流通する冷媒ガス流量のアンバランスによって、例えば、ダブルインレット弁６３を有するバイパス配管６５、パルス管５０、接続配管５６、および蓄冷器４０で構成される閉回路を循環する、冷媒ガスの二次流れ（例えば、図１の矢印Ｌ）が発生し易いという問題がある。このような二次流れは、一方向性であり、熱損失の原因となるため、二次流れが発生すると、冷凍機の冷却能力は、大幅に低下してしまう。

これに対して、第１の実施例によるパルスチューブ冷凍機１００−１では、バッファタンク１７０と圧縮機１１２の間に、第２の流路抵抗部材１８１を備える第２の低圧側配管１８０Ａが接続されているため、前述のような冷媒ガスの二次流れの発生を防止あるいは大幅に抑制することができる。

さらに、第１の実施例によるパルスチューブ冷凍機１００−１では、第２の低圧側配管１８０Ａは、開閉バルブＶ３（および流量制御バルブ１８２）を有する第２の流路抵抗部材１８１を備えている。この開閉バルブＶ３は、前述の第１過程のように、開閉バルブＶ１が開いている間は、閉止される。

従って、パルスチューブ冷凍機１００−１では、前述の図２に示したパルスチューブ冷凍機１０'のように、蓄冷器４０で冷やされて、パルス管５０に導入された冷媒ガスの一部が、次段階の回収過程で仕事をする前に、配管６１〜バッファタック７０〜別の配管７４を通り、そのまま圧縮機１２の方に排出されてしまうという問題を回避することができる。このため、第１の実施例によるパルスチューブ冷凍機１００−１では、蓄冷器１４０の冷却効率の低下が抑制される。また、これにより、パルスチューブ冷凍機の全体としての冷凍能力の低下を抑制することができる。

なお、前述の例では、図３における開閉バルブＶ１〜Ｖ３を、それぞれ別個の開閉バルブとして構成されることを前提に、本発明の特徴を説明した。しかしながら、これらのバルブは、統合された単一のバルブ組立体で構成されても良い。そのような単一のバルブ組立体の例としては、機械構造上、すなわち構成部材と開口または溝との間の相対的な位置関係で、複数のバルブの開閉状態が一義的に定められる「一義式バルブ」が挙げられる。「一義式バルブ」には、ロータリーバルブおよびスプールバルブ等が含まれる。このような単一のバルブ組立体を使用した場合、各開閉バルブＶ１〜Ｖ３が、例えば図４に示したような開閉タイミングとなるように、各開閉バルブＶ１〜Ｖ３の開閉状態を適宜検出したり、フィードバックしたりする必要がなくなるという利点が得られる。この場合、検出およびフィードバック制御用の装置等が省略され、パルスチューブ冷凍機を簡素化および／または低コスト化することができる。

（第２の実施例）
図５は、本発明の第２の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。

第２の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１００−２は、前述のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１００−１とほぼ同様に構成される。従って、図５において、図３と同様の部材等には、図３と同じ参照符号が付されている。

しかしながら、この実施例では、図３の場合とは異なり、第２の流路抵抗部材１８１を備える第２の低圧側配管１８０Ｂの一端は、第１の流路抵抗部材１６０を備える配管１６１の途中（Ｃ点）に接続されている。

このように構成されたダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１００−２においても、前述のパルスチューブ冷凍機１００−１について説明した２つの効果（二次流れの発生防止、および装置の冷却効率低下抑制の効果）を同様に得ることができることは明らかであろう。従って、本発明において、第２の低圧側配管１８０Ａ、１８０Ｂの一端（Ｃ点）は、パルス管１５０の高温端１５２からバッファタンク１７０の間の、いずれの箇所に接続されても良い。

（第３の実施例）
図６は、本発明の第３の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。

第３の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１００−３は、前述のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１００−１とほぼ同様に構成される。従って、図６において、図３と同様の部材等には、図３と同じ参照符号が付されている。

しかしながら、この実施例では、図３の場合とは異なり、第２の流路抵抗部材１８１は、第２の高圧側配管１８０Ｃに設置されている。なお、第２の低圧側配管１８０Ａは、排除されている。また、第２の高圧側配管１８０Ｃの一端は、圧縮機１１２の高圧側に接続された高圧側配管１１５Ａの途中（Ｄ点）に接続され、他端は、バッファタンク１７０に接続されている。

次に、図７を用いて、図６のように構成された第３の実施例によるパルスチューブ冷凍機１００−３の動作について説明する。図７は、パルスチューブ冷凍機１００−３の作動中の、３つの開閉バルブＶ１〜Ｖ３の開閉状態を時系列的に示した図である。以下、各過程について説明する。

（第１過程：時間０〜ｔ_３）
図７に示すように、まず、冷媒ガスの供給過程において、開閉バルブＶ１が開かれる。これにより、圧縮機１１２からの高圧冷媒ガスは、高圧側の冷媒用流路１１３Ａ、すなわち高圧側配管１１５Ａ〜共通配管１２０を介して、蓄冷器１４０、さらには接続配管１５６を通して、パルス管１５０に供給される。また、冷媒ガスの一部は、共通配管１２０からＡ点で分岐して、ダブルインレット弁１６３を有するバイパス配管１６５から、パルス管１５０の高温端１５２を介して、パルス管１５０内に供給される。これにより、パルス管１５０内の圧力が上昇し、冷媒ガスの一部は、配管１６１を通り、バッファタンク１７０内に収容される。

その後、時間ｔ＝ｔ_１において、開閉バルブＶ１を開いた状態のまま、開閉バルブＶ３が開かれる。なお、開閉バルブＶ３が開かれるタイミングは、開閉バルブＶ１が開かれるタイミングと同じであっても良い（すなわちｔ_１＝０）。これにより、圧縮機１１２からの高圧冷媒ガスの一部は、高圧側配管１１５ＡのＤ点で分岐され、第２の流路抵抗部材１８１を備える第２の高圧側配管１８０Ｃを介して、バッファタンク１７０内に収容される。

その後、時間ｔ＝ｔ_２において、開閉バルブＶ１を開いた状態のまま、開閉バルブＶ３が閉止される。また、時間ｔ＝ｔ_３において、開閉バルブＶ１が閉止され、高圧冷媒ガスの供給過程が完了する。

（第２過程：時間ｔ_３〜ｔ_４）
次に、時間ｔがｔ_３≦ｔ≦ｔ_４における冷媒ガスの回収過程では、開閉バルブＶ１が閉止された後、開閉バルブＶ２が開かれる（ｔ＝ｔ_３）。これにより、パルス管１５０内の冷媒ガスは、パルス管１５０の低温端１５４〜接続配管１５６〜蓄冷管１４０を通り、低圧側の冷媒用流路１１３Ｂ、すなわち共通配管１２０〜低圧側配管１１５Ｂを介して、圧縮機１１２に回収され始める。また、パルス管１５０内の冷媒ガスの一部は、パルス管１５０の高温端１５２〜バイパス配管１６５を通り、さらに、共通配管１２０のＡ点〜低圧側配管１１５Ｂを介して、圧縮機１１２に回収されるようになる。これにより、パルス管内の圧力が低下する。また、バッファタンク１７０内に収容されていた冷媒ガスは、配管１６１〜バイパス配管１６５を通り、圧縮機１１２に回収される。

その後、時間ｔ＝ｔ_４において、開閉バルブＶ２が閉止され、冷媒ガスの回収過程が終了する。

このような第３の実施例によるパルスチューブ冷凍機１００−３は、図１の場合とは逆の冷媒ガスの二次流れ、すなわち、図６に破線矢印Ｌ２で示したような、ダブルインレット弁１６３を有するバイパス配管１６５、蓄冷器１４０、接続配管１５６、およびパルス管１５０で構成される閉回路を循環する、冷媒ガスの二次流れの抑制に対して有効である。すなわち、この場合、高圧の冷媒ガスの供給過程において、圧縮機１１２〜第２の高圧側配管１８０Ｃ〜バッファタンク１７０〜パルス管１５０の高温端１５２の方向に流れる冷媒ガスにより、破線矢印Ｌ２で示したような、冷媒ガスの二次流れの発生を防止あるいは有意に抑制することができる。

また、第３の実施例の構成では、前述のように、第２過程（冷媒ガスの回収過程）において、開閉バルブＶ２が開かれると、パルス管１５０内の冷媒ガスの一部は、パルス管１５０の低温端１５４から、接続配管１５６および蓄冷管１４０を通り、低圧側の冷媒用流路１１３Ｂを介して、圧縮機１１２に戻される。また、パルス管１５０内の冷媒ガスの一部は、パルス管１５０の高温端１５２からバイパス配管１６５を通り、低圧側の冷媒用流路１１３Ｂを介して、圧縮機１１２に戻される。ここで、仮に、第２の高圧側配管１８０Ｃが開閉バルブＶ３を有さなかった場合、この過程において、第２の高圧側配管１８０Ｃを介して、高圧の冷媒ガスがバッファタンク１７０、さらには配管１６１を介してパルス管１５０に導入されるという問題が生じ得る。この場合、常温の冷媒ガスの導入により、パルス管１５０の温度が上昇し、結果的に、パルスチューブ冷凍機の全体的な冷凍効率が低下してしまうという問題が生じる。

しかしながら、第３の実施例の構成では、第２の高圧側配管１８０Ｃは、開閉バルブＶ３（および流量制御バルブ１８２）を有する第２の流路抵抗部材１８１を備えている。従って、第３の実施例によるパルスチューブ冷凍機１００−３では、前述の第１および第２の実施例と同様、パルスチューブ冷凍機の全体的な冷凍効率の低下を抑制することができる。

（第４の実施例）
図８は、本発明の第４の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。

図８に示すように、第４の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機２００−１は、前述の３種類のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機１００−１〜１００−３とは異なり、２段式のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機である。

本発明の第４の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機２００−１は、圧縮機２１２、第１段および第２段の蓄冷管２４０、３４０、第１段および第２段のパルス管２５０、３５０、第１および第２のバッファタンク２７０、３７０、ならびにこれらに接続された各配管類を備える。

第１段の蓄冷管２４０は、高温端２４２および低温端２４４を有し、第２段の蓄冷管３４０は、高温端２４４（すなわち第１段の蓄冷管２４０の低温端）および低温端３４４を有する。第１段のパルス管２５０は、高温端２５２および低温端２５４を有し、第２段のパルス管３５０は、高温端３５２および低温端３５４を有する。第１段のパルス管２５０の高温端２５２および低温端２５４、ならびに第２段のパルス管３５０の高温端３５２および低温端３５４には、熱交換器が設置されている。第１段の蓄冷管２４０の低温端２４４と第１段のパルス管２５０の低温端２５４は、接続配管２５６で接続されている。第２段の蓄冷管３４０の低温端３４４と第２段のパルス管３５０の低温端３５４は、接続配管３５６で接続されている。

第１のバッファタンク２７０は、オリフィス等の第１の流路抵抗部材２６０を備える配管２６１を介して、第１段のパルス管２５０の高温端２５２と接続される。同様に、第２のバッファタンク３７０は、オリフィス等の第３の流路抵抗部材３６０を備える配管３６１を介して、第２段のパルス管３５０の高温端３５２と接続される。

第１段の蓄冷管２４２の高温端２４２と第１段のパルス管２５０の高温端２５２は、オリフィス等のダブルインレット弁２６３を備えるバイパス配管２６５で接続されている。バイパス配管２６５の一端は、後述する共通配管２２０のＡ点に接続され、バイパス配管２６５の他端は、配管２６１のＢ点に接続される。また、第１段の蓄冷管２４２の高温端２４２と第２段のパルス管３５０の高温端３５２は、オリフィス等のダブルインレット弁３６３を備えるバイパス配管３６５で接続されている。バイパス配管３６５の一端は、後述する共通配管２２０のＡ点に接続され、バイパス配管３６５の他端は、配管３６１のＣ点に接続される。

圧縮機２１２は、高圧側（吐出側）の冷媒用流路２１３Ａおよび低圧側（吸込側）の冷媒用流路２１３Ｂを有する。高圧側の冷媒用流路２１３Ａは、開閉バルブＶ１が接続された高圧側配管２１５Ａおよび共通配管２２０を有し、共通配管２２０の他端は、第１段の蓄冷器２４０の高温端２４２に接続される。一方、低圧側の冷媒用流路２１３Ｂは、開閉バルブＶ２が接続された低圧側配管２１５Ｂおよび共通配管２２０を有する。

さらに、第１のバッファタンク２７０は、第２の低圧側配管２８０Ａを介して、Ｄ点において、圧縮機２１２の低圧側配管２１５Ｂと接続されている。第２の低圧側配管２８０Ａには、第２の流路抵抗部材２８１が設置される。なお、図８の例では、第２の流路抵抗部材２８１は、開閉バルブＶ３および流量制御バルブ２８２で構成されている。しかしながら、第２の流路抵抗部材２８１において、流量制御バルブ２８２は、省略されても良い。

同様に、第２のバッファタンク３７０は、第３の低圧側配管３８０Ａを介して、Ｄ点において、圧縮機２１２の低圧側配管２１５Ｂと接続されている。第３の低圧側配管３８０には、第４の流路抵抗部材３８１が設置される。なお、図８の例では、第４の流路抵抗部材３８１は、開閉バルブＶ４および流量制御バルブ３８２で構成されている。しかしながら、第４の流路抵抗部材３８１において、流量制御バルブ３８２は、省略されても良い。

なお、第４の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機２００−１の動作については、前述の３つのパルスチューブ冷凍機１００−１〜１００−３の動作の説明から、当業者には容易に推察することができるため、ここでは、説明しない。

このような構成においても、ダブルインレット弁２６３を有するバイパス配管２６５〜第１段のパルス管２５０〜接続配管２５６〜第１段の蓄冷器２４０で構成される閉回路を循環する、冷媒ガスの二次流れ（図８の破線矢印Ｌ３）、およびダブルインレット弁３６３を有するバイパス配管３６５〜第２段のパルス管３５０〜接続配管３５６〜第２段の蓄冷管３４０〜第１段の蓄冷器２４０で構成される閉回路を循環する、冷媒ガスの二次流れ（図８の破線矢印Ｌ４）を抑制することができる。

また、このような構成では、開閉バルブＶ３およびＶ４を適正に開閉することにより、前述のような、第１段および／または第２段の蓄冷器２４０、３４０で冷やされて、第１段および／または第２段のパルス管２５０、３５０に導入された冷媒ガスの一部が、次段階の回収過程で仕事をする前に、そのまま圧縮機２１２の方に排出されてしまうという問題を回避することができる。従って、適正な冷凍効率を有するダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を提供することができる。

以上、本発明のいくつかの実施例について説明した。これらの実施例は、本発明の構成の一例を示したものであり、本発明を限定するものと解してはならない。例えば、図８に示したダブルインレット型パルスチューブ冷凍機２００−１において、第２の流路抵抗部材２８１を備える第２の低圧側配管２８０Ａ、および第４の流路抵抗部材３８１を備える第３の低圧側配管３８０Ａのいずれか一方は、省略されても良い。

本発明は、単段式および多段式のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機に適用することができる。

１０、１０' 従来のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機
１２圧縮機
１３Ａ高圧側の冷媒用流路
１３Ｂ低圧側の冷媒用流路
１５Ａ高圧側配管
１５Ｂ低圧側配管
２０共通配管
４０蓄冷管
５０パルス管
５６接続配管
６０オリフィス
６１配管
６３ダブルインレット弁
６５バイパス配管
７０バッファタンク
７２オリフィス
７４別の配管
１００−１第１の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機
１００−２第２の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機
１００−３第３の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機
１１２圧縮機
１１３Ａ高圧側の冷媒用流路
１１３Ｂ低圧側の冷媒用流路
１１５Ａ高圧側配管
１１５Ｂ低圧側配管
１２０共通配管
１４０蓄冷管
１５０パルス管
１５６接続配管
１６０第１の流路抵抗部材
１６１配管
１６３ダブルインレット弁
１６５バイパス配管
１７０バッファタンク
１８０Ａ、１８０Ｂ第２の低圧側配管
１８０Ｃ第２の高圧側配管
１８１第２の流路抵抗部材
１８２流量制御バルブ
２００−１第４の実施例によるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機
２１２圧縮機
２１３Ａ高圧側の冷媒用流路
２１３Ｂ低圧側の冷媒用流路
２１５Ａ高圧側配管
２１５Ｂ低圧側配管
２２０共通配管
２４０第１段の蓄冷管
２５０第１段のパルス管
２５６、３５６接続配管
２６０第１の流路抵抗部材
２６１、３６１配管
２６３、３６３ダブルインレット弁
２６５、３６５バイパス配管
２７０第１のバッファタンク
２８０Ａ第２の低圧側配管
２８１第２の流路抵抗部材
２８２、３８２流量制御バルブ
３４０第２段の蓄冷管
３５０第２段のパルス管
３６０第３の流路抵抗部材
３７０第２のバッファタンク
３８０Ａ第３の低圧側配管
３８１第４の流路抵抗部材
Ｖ１〜Ｖ４開閉バルブ。

Claims

高温端および低温端を有する蓄冷管と、
高温端、および前記蓄冷管の低温端と接続された低温端を有するパルス管と、
冷媒用の高圧供給側および低圧回収側を有する圧縮機であって、
前記高圧供給側は、第１の開閉バルブを備える冷媒供給路を介して、前記蓄冷管の高温端に接続され、
前記低圧回収側は、第２の開閉バルブを備える冷媒回収路を介して、前記蓄冷管の高温端に接続された、圧縮機と、
ダブルインレット弁を有し、前記パルス管の高温端と前記蓄冷管の高温端とを接続するバイパス配管と、
前記パルス管の高温端に、第１の流路抵抗部材を有する第１の配管を介して接続されたバッファタンクと、
を備えるダブルインレット型パルスチューブ冷凍機であって、
さらに、第３の開閉バルブを含む第２の流路抵抗部材を有する第２の配管を有し、該第２の配管は、前記圧縮機と前記バッファタンクまたは第１の配管の間に設置され、
前記第３の開閉バルブは、前記第１の開閉バルブの開閉状態に対応して、開閉されることを特徴とするダブルインレット型パルスチューブ冷凍機。
前記第１、第２および第３の開閉バルブは、単一のロータリーバルブまたはスプールバルブで構成されることを特徴とする請求項１に記載のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機。
前記第２の流路抵抗部材を有する第２の配管は、一端が、前記圧縮機の前記低圧回収側に接続され、
前記第３の開閉バルブは、前記第１の開閉バルブが開状態の場合、閉止され、前記第１の開閉バルブが閉状態の場合、開かれることを特徴とする請求項１または２に記載のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機。
当該ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機は、多段式のパルスチューブ冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のダブルインレット型パルスチューブ冷凍機。