JP2023540267A - パルス管冷却装置の為の同軸ダブルインレット弁 - Google Patents

Abstract

極低温の冷却を提供するギフォード－マクマホン（ＧＭ）型ダブルインレットパルス管システムを提供する。前記ＧＭ型ダブルインレットパルス管システムが、同軸ダブルインレット弁を有し、前記同軸ダブルインレット弁が、調整可能なポートを有する基部と、前記調整可能なポートの一端内に部分的に係合する固定針と、前記調整可能なポートの他端内に部分的に係合する調整可能な針と、前記基部、前記固定針、及び前記調整可能な針を収容する本体と、を含む。前記基部は軸方向に沿って調整可能に構成される。前記調整可能な針は前記固定針と同軸に配置される。前記調整可能なポート及び前記調整可能な針が、前記ステムポート及び前記端部ポート間の交流（ＡＣ）フロー及び直流（ＤＣ）フローを制御し、前記ステムポート及び前記端部ポート間のいずれかの方向に直流（ＤＣ）フローを生成するように構成される。
【選択図】 図１

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０２０年８月２７日に出願された米国仮特許出願６３/０７１，２４０の優先権を主張するものであり、この出願は参照されることにより、本出願に援用される。

ここに記載の実施形態は、調整を簡略化して優れた冷却性能を得るギフォード－マクマホン（ＧＭ）型パルス管冷却装置の為の改良されたダブルインレット弁に関する。

ギフォード－マクマホン（ＧＭ）型パルス管冷却装置は、供給および戻りホースにより膨張機に接続された圧縮機内のガスの圧縮により冷却するＧＭ冷却装置と同様の冷却装置である。膨張機は、入口弁及び出口弁を通して、蓄冷機を通した冷却膨張空間にガスを循環させる。ＧＭ膨張機は、シリンダー内のソリッドピストン（ピストンは、ピストンの上下の排出容積が蓄冷機により接続されるとディスプレーサとも呼ばれる）の往復運動により冷却膨張空間を生成し、一方、パルス管膨張機は、「ガスピストン」の往復運動により冷却膨張空間を生成する。パルス管冷却装置は、そのコールドヘッドに可動部品を有していないが、パルス管内の円柱状揺動ガスが圧縮ピストンとして機能する。ピストンは、加圧されても減圧されてもパルス管内に留まるガスを含む。パルス管冷却装置のコールドエンド内の可動部品の削除は、振動のかなりの減少を可能にし、同様に、より大きな信頼性及び寿命を可能にする。２段ＧＭ型パルス管冷却装置は通常、ヘリウムを圧縮する為に油潤滑式圧縮機を使用し、５～１５ｋＷ以上の入力電力を引き出す。今日の主要な用途は、ＭＲＩ（磁気共鳴画像法）及びＮＭＲ（核磁気共鳴画像法）磁石の冷却であり、熱シールドを約４０Ｋで冷却し、ヘリウムを約４Ｋで再濃縮する。量子コンピュータの初期開発においても使用されている。これらの用途は、低レベルの振動及び低レベルの電磁干渉（ＥＭＩ）を必要とする。

ＧＭ型パルス管冷却装置は、往復運動する圧縮ピストンから直接、蓄冷機及びパルス管に圧力サイクルを提供するスターリング型パルス管冷却装置と共に開発されている。これらは、地上及び宇宙システムにおいて７０Ｋに近い赤外線検出器を冷却する為に広く使用されている。これらは通常、より小さく、例えば、ＧＭ型パルス管の１～２Ｈｚに対して６０Ｈｚのより高速で運転する。スターリング型パルス管は、ＧＭ型パルス管に比べてより効果的である。なぜなら、スターリング型パルス管は、膨張の作用の多くを回復するからである。しかし、パルス管のウォームエンド及びバッファボリューム間のフローの制御方法が相違するので、スターリング型パルス管は、低温においてはあまり効果的ではない。

ＧＭサイクル冷却装置の共同発明者であるＷ．Ｅ．Ｇｉｆｆｏｒｄは、ソリッドピストンをガスピストンに置き換えた膨張機も思いつき、「パルス管」冷却装置と呼んだ。このことは、彼の米国特許３２３７４２１号に初めて記載され、初期のＧＭ冷却装置のように弁に接続されたパルス管が示されている。パルス管膨張機の初期の開発は、下部の垂直配向管に流入し、フロースムージングメッシュを通って流れて層化した円柱状のガスを生成し、ガスは圧縮されて上部に向かって押し込まれることで高温になる。管の上部には、熱をいくらか吸収する銅のキャップが備えられているので、ガスが管から流れ出て膨張することにより冷却されると、ガスはいわゆるコールドエンド内のフロースムーザ及び隣接する銅を冷却する。１９８４年に報告されたように、パルス管のウォームエンドにバッファボリュームを追加し、絞り弁を通して内部及び外部にガスを流れさせることにより、Ｍｉｋｕｌｉｎ等により基本的なＧＭ型パルス管に重大な改良がなされた。このことは現在、基本的なオリフィス型パルス管又はシングルインレット弁パルス管と呼ばれる。これに続く開発作業は、パルス管膨張機の性能を改善するフローを調整するいくつかの異なる手段の設計を導き出した。ほとんどのスターリング型パルス管は、シングルインレット設計である。

ＧＭ型パルス管において、パルス管のウォームエンド及び蓄冷機の入口の間に第２のオリフィスを追加することにより性能が改善され、２段パルス管において４Ｋ以下に達することが可能になることが分かった。このことは現在、ダブルインレットパルス管と呼ばれ、第２の絞り装置は、ダブルインレット弁と呼ばれる。シングルインレット弁の場合に異なる形式になるように、ダブルインレット弁は異なる形式になる。本発明は、弁の設定を容易に微調整することにより優れた性能を得ることを可能にした新規のダブルインレット弁である。

Ｇｉｆｆｏｒｄによる米国特許３２０５６６８号には、膨張空間への圧力サイクルにより駆動ステム上の圧力を位相外に循環させることによりディスプレーサを上下に駆動するウォームエンドに取り付けられたステムを備えたソリッドピストンを有するＧＭ膨張機が記載されている。高圧Ｐｈ及び低圧Ｐｌ間で圧力を循環させる最も一般的な手段は回転弁である。ガスピストンの寒冷境界がソリッドピストンのコールドエンドと実質的に同じパターンをたどる場合、パルス管のウォームエンドの流量制御は最適化されていると考えることができる。米国特許３２０５６６８号に記載の膨張機を有するサイクルは、入口弁が開放されて圧力が高圧Ｐｈまで上昇する間にディスプレーサを下部に押さえることにより開始される。その後、ピストンは上方に移動し、約３／４ほど上方に移動したら入口弁が閉鎖され、ピストンが上部まで移動するにつれて圧力が低下する。その後、出口弁が開放されて圧力が低圧Ｐｌまで低下する。その後、ピストンは、下方に移動し、約３／４ほど下方に移動したら出口弁が閉鎖され、ピストンが下部まで移動するにつれて圧力が上昇する。圧・容積（Ｐ－Ｖ）の領域がサイクル毎に生成される冷却の尺度である。ソリッドピストン及びガスピストンの相違点は多数ある。相違点には、１）長さ及びストロークは圧力比及びパルス管のコールドエンドの内外にどれくらいのガスが流入及び流出することができるかに依拠し、２）流動抵抗及び弁タイミングのアシンメトリは、各サイクルにおいて、流入又は流出に比べてより多くのガスがパルス管の一方のエンドから流出又は流入することを引き起こし、このことは直流（ＤＣ）フローと呼ばれ、３）コールドエンド及びウォームエンドの流入及び流出を同時に均衡させて寒冷境界を確立することは非常に困難であり、このことは交流（ＡＣ）フローと呼ばれ、ソリッドピストンの圧・容積（Ｐ－Ｖ）関係及び運動をシミュレートする。シングルインレット弁を有するスターリングサイクルパルス管は、第１の課題を回避することができる。なぜなら、圧縮機ピストンは固定の変位を有するからである。そして、第２の課題も回避することができる。なぜなら、バッファボリュームに流入したガスと同じ量のガスがバッファボリュームから流出するからである。

ソリッドピストンとのガスピストンのこの相似は、プロセスの物理的性質を提供し、圧力サイクル及び質量流量サイクル間の位相関係に関して説明されているフローパターンを発見することがより一般的である。Ｙｕａｎ等による米国特許出願公開公報２０１１／０１０００２２号には、スターリング型シングルインレットパルス管冷却装置の為の位相制御装置がよく説明されている。米国特許出願公開公報２０１１／０１０００２２号の図２には、オリフィス、短管、及び近接した板を含む抵抗装置が図示されている。図２には、電気相似におけるインダクタンスとして作用する長い小径管であるイナータンス管が示されている。米国特許出願公開公報２０１１／０１０００２２号の図８には、最も冷却性を提供する圧力サイクル及び質量流量サイクル間の位相関係を最適化する為に、電気回路相似を使用してこれらのデバイスをどのように組み合わせることができるかが示されている。米国特許出願公開公報２０１１／０１０００２２号の図７は、イナータンス装置と並行して配置された抵抗装置を有するシングルインレット弁の概略図である。スターリング型パルス管においてイナータンス装置は実用的であると言及することが重要である。なぜなら、高周波で動作するからである。ＧＭ型パルス管の低周波においては、抵抗装置のみが実用的である。米国特許出願公開公報２０１１／０１０００２２号に記載の全てのデバイスは、いずれの方向の流れにおいても同じ流動特性を有すると言及することも重要である。

４Ｋの２段ＧＭ型冷却装置の冷却能力を増加させる為の努力には、４弁設計の開発が含まれる。Ｘｕによる米国特許１００６６８５５号には、４弁パルス管が記載されている。この名称は、蓄冷機のウォームエンドに接続された１組の入口弁及び出口弁、並びに、パルス管のウォームエンドに接続された第２の組の入口弁及び出口弁を有する移相メカニズムに由来する。米国特許１００６６８５５号には、追加の１組の弁をそれぞれが必要とする第２段及び第３段パルス管へのガスの流量を均衡させる流量制御メカニズムが記載されている。４弁パルス管は、バッファボリュームを使用せず、現在の設計は、ダブルインレットパルス管の現在の設計よりもわずかに優れた性能を有する。しかしながら、弁モータ及び回転弁が蓄冷機から分離されなければならない時に、ホースの空隙容量が圧力振動及び性能を減少させるという欠点を有する。ダブルインレットパルス管は、コールドエンドと呼ばれるパルス管／蓄冷機アセンブリ及び弁アセンブリ間に１つのホースしか必要としないが、４弁パルス管は、蓄冷機に接続された１つのホースと、多段パルス管の各パルス管のウォームエンドに接続されたより小径のホースと、を必要とする。本願発明を含むダブルインレットパルス管の改善された性能は、遠隔弁アセンブリ及び単一の接続ホースを含むユニットにおいて、４弁パルス管と同等の性能を達成することができる。改善された接続ホースの特許出願が近年出願されている。

Ｏｇｕｒａによる日本国特許第３９１７１２３号には、ダブルインレット弁の為のニードル弁及び第１の入口弁へのブッシュを通る短い穴を有する交換可能なブッシュの使用が記載されている。ブッシュを通る短い穴は、いずれの方向においても同じ流動条件の同じ流量制限を有し、対称的な流量制限器である。一方、ニードル弁は、図示されているように、針の先端を向いた端部のポート及びステムを向いた側部のポートを有する。異なる方向において同じ条件の流れでも流量制限が異なるので、流量制限は非対称的である。非対称の度合いは、ポートへの入口の傾斜、ポート内の穴の長さ等の要因の数に依拠する。調整手段を簡略化することにより、移相の改善が可能になる。

４Ｋ近くで動作するＧＭ型パルス管における圧・容積（Ｐ－Ｖ）関係を制御する移相メカニズムを最適化することに加えて、直流（ＤＣ）フローを制御することが重要であることも分かった。Ｘｕによる米国特許第９１５７６６８号には、バッファボリューム及び圧縮機戻りライン間のブリードラインが追加されているダブルインレット型パルス管が記載されている。米国特許第９１５７６６８号の図１には、従来技術の基本的なダブルインレット型パルス管が示されており、ダブルインレット弁を通るフローパターンが、パルス管のウォームエンドからコールドエンドに過度の直流（ＤＣ）フローを生成していることが記載されている。バッファボリュームから圧縮機の戻り側に戻るブリードラインは、冷却を最適化する速度に直流（ＤＣ）フローを減少する。このことは、弁アセンブリがコールドエンドから遠隔に位置している時に、追加の接続ラインを必要とするという欠点を有する。２段ダブルインレットパルス管は、室温から第１段及び第２段温度まで拡張された並列に配置された２つのパルス管を有する。それぞれのウォームエンドは、独自のバッファボリュームに接続され、独自のダブルインレット弁を有する。第２段蓄冷機は、第１段蓄冷機の延長部であるから、第１段蓄冷機から第１段パルス管のコールドエンドへの圧力低下は、第２段パルス管のコールドエンドへの圧力低下よりも少ない。２段パルス管における直流（ＤＣ）フローの最適化は、第２段において上向きの直流（ＤＣ）フローを有し、第１段において下向きの直流（ＤＣ）フローを有することを必要とする。

本発明は、交流（ＡＣ）フロー及び直流（ＤＣ）フローの設定を簡略化し、利用可能な冷却能力を最適化するダブルインレット弁である。本発明はまた、遠隔に位置する弁アセンブリ及びコールドヘッド間に単一の接続ホースのみを必要とする。

ダブルインレットＧＭ型パルス管冷却装置の為の同軸ダブルインレット弁は、軸方向に調整可能なポートに直列に配置される固定針と、前記固定針と相対している軸方向に調整可能な針と、を含む。全体的な流動抵抗を調整することができ、流れの非対称性はいずれの方向にも調整可能である。弁は通常、コールドヘッドのウォームフランジに配置され、調整の為に一端からアクセス可能である。異なる寸法のパルス管又は２段パルス管の第１及び第２段に標準寸法の弁を使用することができる。この弁は、交流（ＡＣ）フロー及び直流（ＤＣ）フローの設定を簡略化し、利用可能な冷却能力を最適化する。ダブルインレット弁パルス管は、コールドヘッドからの電磁妨害及び振動の隔離が重要な用途において、遠隔に位置する弁アセンブリに単一の接続ホースのみを必要とする。

これらの利点及び他の利点は、極低温の冷却を提供するＧＭ型ダブルインレットパルス管システムにより達成される。ＧＭ型ダブルインレットパルス管システムは、同軸ダブルインレット弁を含み、前記同軸ダブルインレット弁は、調整可能なポートを有する基部と、前記調整可能なポートの一端と部分的に係合する固定針と、前記調整可能なポートの他端と部分的に係合する調整可能な針と、前記基部、前記固定針、及び前記調整可能な針を収容する本体と、を含む。前記基部は、軸方向に沿って調整可能に構成される。前記調整可能な針は、前記固定針と同軸に配置される。前記基部は、前記本体に形成されたステムポートと接続する空洞を画定し、前記本体は、前記本体上に形成された端部ポートと接続する空洞を画定し、前記調整可能なポートは、前記基部の前記空洞及び前記本体の前記空洞の間に配置される。前記調整可能なポート及び前記調整可能な針は、前記ステムポート及び前記端部ポート間の交流（ＡＣ）フロー及び直流（ＤＣ）フローを制御し、前記ステムポート及び前記端部ポート間のいずれかの方向に直流（ＤＣ）フローを生成するように構成される。

図面には、単なる例として、限定を意図しない、本概念による１以上の実施が図示されている。図面において、同じ又は同様の符号は同じ又は同等の要素を示す。

本発明の同軸ダブルインレット弁を含む単段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システムの概略図である。 本発明の同軸ダブルインレット弁の概略図である。 本発明の２つの同軸ダブルインレット弁を含む２段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システムの概略図である。

ここでは、本発明のいくつかの実施形態が、本発明の好ましい実施形態が図示されている添付の図面を参照にして、より完全に記載される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、ここに記載の実施形態に限定されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全なものとなり、当業者に本発明の範囲を伝達する為に提供されているものである。全体を通して、同様の符号は同様の要素を示し、代替実施形態における同様の要素はプライム記号を使用して示されている。図面において、同じ又は同様の部品は同じ符号を有し、通常、説明は繰り返されていない。

図１は、開示の発明の同軸ダブルインレット弁１を含む単段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システム１００の概略図である。全体のシステムにおける同軸ダブルインレット弁１が図示されている。単段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システム１００は、圧縮機１０、弁１２ａ及び１２ｂを含む弁アセンブリ１２、及び接続ライン７ａを通して弁アセンブリ１２に接続されたパルス管コールドヘッド１０１を含む。圧縮機１０は、供給ライン１１ａを通して供給弁１２ａ、Ｖ１に接続され、戻りライン１１ｂを通して戻り弁１２ｂ、Ｖ２に接続される。供給ライン１１ａ及び戻りライン１１ｂは通常、５～２０ｍの長さの可撓性金属ホースであり、供給弁１２ａ及び戻り弁１２ｂは通常、固定シート内のポート上で回転するモータ駆動回転弁内のスロットである。通常ヘリウムであるガスは、接続ライン７ａを通してダブルインレットパルス管１７のウォームエンドに流れ、通常２．２ＭＰａ及び０．６ＭＰａである供給圧力及び戻り圧力の圧力下で循環する。圧縮機１０は、供給ライン１１ａを通して供給圧力でガスを供給し、戻りライン１１ｂを通して戻り圧力でガスを受領する。供給弁１２ａ及び戻り弁１２ｂはそれぞれ、供給ライン１１ａ及び戻りライン１１ｂに接続され、接続ライン７ａを通してパルス管コールドヘッド１０１に、供給圧力及び戻り圧力でガスを循環させる。供給弁１２ａ及び戻り弁１２ｂがパルス管コールドヘッド１０１と一体である場合、接続ライン７ａは数ｍｍの長さであることができ、又は、弁が遠隔に配置されている場合、接続ライン７ａは０．５ｍ以下又は０．５ｍ以上の長さの単一の可撓性ホースであることができる。

パルス管コールドヘッド１０１は、ウォームエンド１６ａ及びコールドエンド１６ｂを有する蓄冷機１６と、ウォームエンドにウォームフロースムーザ１７ａ及びコールドエンドにコールドフロースムーザ１７ｂを有するパルス管１７と、蓄冷機１６のコールドエンド１６ｂをパルス管１７のコールドフロースムーザ１７ｂに接続するライン１８と、接続ライン７ａから蓄冷機１６のウォームエンド１６ａまで延びているライン７ｂと、ライン７ｂから同軸ダブルインレット弁１まで延びているライン９ａと、パルス管１７のウォームフロースムーザ１７ａからシングルインレット弁２を通してバッファボリューム１５まで延びているライン８と、同軸ダブルインレット弁１からライン８及びパルス管１７のウォームフロースムーザ１７ａまで延びているライン９ｂと、を含む。循環フローは、ライン７ｂを通して蓄冷機１６のウォームエンド１６ａまで続き、ライン９ａを通して同軸ダブルインレット弁１、ライン９ｂ及びライン８まで続く。ライン８は、一端においてウォームフロースムーザ１７ａを含むパルス管１７のウォームエンドに接続し、他端においてバッファボリューム１５に接続するシングルインレット弁２に接続する。蓄冷機１６のコールドエンド１６ｂは、ライン１８を通してコールドフロースムーザ１７ｂを含むパルス管１７のコールドエンドに接続する。

図２は、同軸ダブルインレット弁１の概略図である。同軸ダブルインレット弁１の弁体６は通常、パルス管コールドヘッド１０１のウォームフランジであるが、外部配管アセンブリの一部であることができる。針５ａは針基部５と一体であり、針基部５は弁体６内に固定されている。ガスが通って流れる穴を有する弁ポート基部４は、針３ａ及び５ａと同軸に配置され、弁ポート基部４は、弁体６とのネジ係合により軸方向に調整可能である。針３ａは針基部３と一体であり、針基部３は弁ポート基部４とのネジ係合により軸方向に調整可能である。弁ポート基部４は、針３ａ及び５ａを部分的に挿入することができる調整可能なポート４ａを有する。スロット３ｂ及び４ｂが、道具の係合を可能にし、針基部３及び弁ポート基部４を調整する為に弁体６の同じ端部から針基部３及び弁ポート基部４を独立して回転させることができる。シール３ｃ及び４ｃは、同軸ダブルインレット弁１を気密にするために使用される。

図２を参照して、弁体６は、弁体６の内部に穴６ａを有し、固定針基部５及び弁ポート基部４は穴６ａ内に配置される。弁ポート基部４は、弁ポート基部４の内部に調整可能なポート４ａ及び穴（又は空洞）４ｄを有し、調整可能な針基部３は穴４ｄ内に配置される。穴４ｄは、ステムポート４ｅに接続され、ステムポート４ｅは、図１に図示されているように、ライン７ｂに接続するライン９ａに接続される。調整可能な針基部３から延びている調整可能な針３ａは、穴４ｄ内に配置され、部分的に調整可能なポート４ａ内に配置される。固定針基部５から延びている固定針５ａは、穴５ｂ内に配置され、部分的に調整可能なポート４ａ内に配置される。弁ポート基部４及び／又は調整可能な針基部３が軸方向Ｚに沿って調整されると、穴４ｄの寸法及び調整可能なポート４ａ内に配置された針３ａの一部の長さを調整することができる。弁ポート基部４が軸方向Ｚに沿って調整されると、調整可能なポート４ａは軸方向Ｚに沿って移動し、調整可能なポート４ａ内に配置された針５ａの一部の長さを調整することができる。

穴（又は空洞）５ｂは、弁ポート基部４及び固定針基部５の間に形成され、調整可能なポート４ａを通して穴４ｄに接続される。固定針基部５は、穴５ｂ及び端部ポート５ｃの間に配置され、少なくとも１つの接続ポート５ｄを有する。端部ポート５ｃは、接続ポート５ｄを通して穴５ｂに接続される。端部ポート５ｃは、図１に図示されているように、ライン８に接続するライン９ｂに接続される。図面には、針３ａ及び５ａ並びにポート４ａの特定の形状が示されているが、寸法は示されておらず、他の構成は本発明の範囲内である。針３ａ及び５ａがポート４ａから対称的に引き出された場合、交流（ＡＣ）フローの流量は対称的に増加し、一方が他方よりもより開放されていた場合、流れは非対称であり、より係合している針から基部への流れの抵抗は、より係合していない針からの流れの抵抗よりも大きい。この非対称性が、直流（ＤＣ）フローをもたらし、２つの針のどちらがより係合しているかにより、いずれの方向にも設定することができる。

図３は、開示の発明の複数の同軸ダブルインレット弁１ａ及び１ｂを含む２段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システム２００の概略図である。２段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システム２００は、圧縮機１０、弁１２ａ及び１２ｂを含む弁アセンブリ１２、及び接続ライン７ａを通して弁アセンブリ１２に接続されたパルス管コールドヘッド２０１を含む。圧縮機１０は、供給ライン１１ａを通して供給弁１２ａ、Ｖ１に接続され、戻りライン１１ｂを通して戻り弁１２ｂ、Ｖ２に接続される。供給ライン１１ａ及び戻りライン１１ｂは通常、５～２０ｍの長さの可撓性金属ホースであり、供給弁１２ａ及び戻り弁１２ｂは通常、固定シート内のポート上で回転するモータ駆動回転弁内のスロットである。通常ヘリウムであるガスは、接続ライン７ａを通してダブルインレットパルス管１７及び２１のウォームエンドに流れ、通常２．２ＭＰａ及び０．６ＭＰａである供給圧力及び戻り圧力の圧力下で循環する。圧縮機１０は、供給ライン１１ａを通して供給圧力でガスを供給し、戻りライン１１ｂを通して戻り圧力でガスを受領する。供給弁１２ａ及び戻り弁１２ｂはそれぞれ、供給ライン１１ａ及び戻りライン１１ｂに接続され、接続ライン７ａを通してパルス管コールドヘッド２０１に、供給圧力及び戻り圧力でガスを循環させる。供給弁１２ａ及び戻り弁１２ｂがパルス管コールドヘッド２０１と一体である場合、接続ライン７ａは数ｍｍの長さであることができ、又は、弁が遠隔に配置されている場合、接続ライン７ａは０．５ｍ以下又は０．５ｍ以上の長さの単一の可撓性ホースであることができる。

図３を参照して、パルス管コールドヘッド２０１は、ウォームエンド１６ａ’及びコールドエンド１６ｂ’を有する第１段蓄冷機１６’と、第１段蓄冷機１６’のコールドエンド１６ｂ’に取り付けられ、コールドエンド２０ｂを有する第２段蓄冷機２０と、ウォームエンドにウォームフロースムーザ１７ａ及びコールドエンドにコールドフロースムーザ１７ｂを有する第１段パルス管１７と、ウォームエンドにウォームフロースムーザ２１ａ及びコールドエンドにコールドフロースムーザ２１ｂを有する第２段パルス管２１と、第１段蓄冷機１６’のコールドエンド１６ｂ’を第１段パルス管１７のコールドフロースムーザ１７ｂに接続するライン１８と、第２段蓄冷機２０のコールドエンド２０ｂを第２段パルス管２１のコールドフロースムーザ２１ｂに接続するライン２２と、接続ライン７ａから第１段蓄冷機１６’のウォームエンド１６ａ’まで延びているライン７ｂと、ライン７ｂから同軸ダブルインレット弁１ａまで延びているライン９ａと、ライン７ｂから同軸ダブルインレット弁１ｂまで延びているライン９ａ’と、第１段パルス管１７のウォームフロースムーザ１７ａからシングルインレット弁２を通してバッファボリューム１５まで延びているライン８と、第２段パルス管２１のウォームフロースムーザ２１ａからシングルインレット弁２ａを通してバッファボリューム１５ａまで延びているライン８ａと、同軸ダブルインレット弁１ａからライン８及び第１段パルス管１７のウォームフロースムーザ１７ａまで延びているライン９ｂと、同軸ダブルインレット弁１ｂからライン８ａ及び第２段パルス管２１のウォームフロースムーザ２１ａまで延びているライン９ｂ’と、を含む。

第１の同軸ダブルインレット弁１ａは、第１段パルス管１７に接続され、第２の同軸ダブルインレット弁１ｂは、第２段パルス管２１に接続される。第２の同軸ダブルインレット弁１ｂは、第１の同軸ダブルインレット弁１ａと同じ要素を含む。第２の同軸ダブルインレット弁１ｂの端部ポート５ｃは、ライン９ｂ’に接続され、第２の同軸ダブルインレット弁１ｂのステムポート４ｅは、ライン９ａ’に接続される。第２の同軸ダブルインレット弁１ｂは第１の同軸ダブルインレット弁１ａと同等のものであるが、調整可能なポート４ａ、針３ａ、及び針５ａは異なる寸法を有することができる。図３に図示されているように、第２段蓄冷機２０は、第１段蓄冷機１６’の延長部であり、第２段パルス管２１は、第１段パルス管１７から分離しており、室温のウォームエンドを有する。第２段蓄冷機２０のコールドエンド２０ｂは、ライン２２を通してコールドフロースムーザ２１ｂを有する第２段パルス管２１のコールドエンドに接続する。第２段パルス管２１のウォームエンドは、ウォームフロースムーザ２１ａを有し、ライン８ａに接続し、ライン８ａは、同軸ダブルインレット弁１ｂ及びシングルインレット弁２ａを通してバッファボリューム１５ａに接続する。

ここで使用されている用語及び記載は、単に説明の為に示されており、限定を意味するものではない。ここに記載の実施形態及び本発明の主旨及び範囲内で様々な変形が可能であると当業者は認識するものである。

１ 同軸ダブルインレット弁
１ａ 同軸ダブルインレット弁
１ｂ 同軸ダブルインレット弁
２ シングルインレット弁
２ａ シングルインレット弁
３ 調整可能な針基部
３ａ 調整可能な針
３ｂ スロット
３ｃ シール
４ 弁ポート基部
４ａ 調整可能なポート
４ｂ スロット
４ｃ シール
４ｄ 穴
４ｅ ステムポート
５ 固定針基部
５ａ 固定針
５ｂ 穴
５ｃ 端部ポート
５ｄ 接続ポート
６ 弁体
６ａ 穴
７ａ 接続ライン
７ｂ ライン
８ ライン
８ａ ライン
９ａ ライン
９ａ’ ライン
９ｂ ライン
９ｂ’ ライン
１０ 圧縮機
１１ａ 供給ライン
１１ｂ 戻りライン
１２ 弁アセンブリ
１２ａ 供給弁
１２ｂ 戻り弁
１５ バッファボリューム
１５ａ バッファボリューム
１６ 蓄冷機
１６ａ ウォームエンド
１６ｂ コールドエンド
１６’ 第１段蓄冷機
１６ａ’ ウォームエンド
１６ｂ’ コールドエンド
１７ （第１段）パルス管
１７ａ ウォームフロースムーザ
１７ｂ コールドフロースムーザ
１８ ライン
２０ 第２段蓄冷機
２０ｂ コールドエンド
２１ 第２段パルス管
２１ａ ウォームフロースムーザ
２１ｂ コールドフロースムーザ
２２ ライン
１００ 単段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システム
１０１ パルス管コールドヘッド
２００ ２段ＧＭ型ダブルインレットパルス管システム
２０１ パルス管コールドヘッド

Claims (17)

1. 極低温の冷却を提供するギフォード－マクマホン（ＧＭ）型ダブルインレットパルス管システムであって、前記ＧＭ型ダブルインレットパルス管システムが、同軸ダブルインレット弁を有し、前記同軸ダブルインレット弁が、
   調整可能なポートを有する基部と、
   前記調整可能なポートの一端内に部分的に係合する固定針と、
   前記調整可能なポートの他端内に部分的に係合する調整可能な針と、
   前記基部、前記固定針、及び前記調整可能な針を収容する本体と、
   を含み、
   前記基部は軸方向に沿って調整可能に構成され、
   前記調整可能な針は前記固定針と同軸に配置されることを特徴とするＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
2. 前記基部及び前記調整可能な針が、前記本体の同じ側から調整可能であることを特徴とする請求項１に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
3. 前記基部が、前記本体上に形成されたステムポートに接続された空洞を画定し、前記本体が、前記本体上に形成された端部ポートに接続された空洞を画定し、前記調整可能なポートが、前記基部の前記空洞及び前記本体の前記空洞の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
4. 前記調整可能なポート及び前記調整可能な針が、前記ステムポート及び前記端部ポート間の交流（ＡＣ）フロー及び直流（ＤＣ）フローを制御するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
5. 前記調整可能なポート及び前記調整可能な針が、前記ステムポート及び前記端部ポート間のいずれかの方向に直流（ＤＣ）フローを生成するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
6. 前記同軸ダブルインレット弁がさらに、前記基部の前記空洞内に配置された調整可能な針基部を備え、前記調整可能な針が前記調整可能な針基部と一体であることを特徴とする請求項３に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
7. 極低温の冷却を提供するギフォード－マクマホン（ＧＭ）型ダブルインレットパルス管システムであって、前記ＧＭ型ダブルインレットパルス管システムが、
   供給ラインを通して供給圧力でガスを供給し、戻りラインを通して戻り圧力でガスを受領する圧縮機と、
   前記供給ライン及び前記戻りラインに接続された弁アセンブリと、
   前記弁アセンブリに接続されたパルス管コールドヘッドと、
   を含み、
   前記弁アセンブリは、接続ラインを通して前記パルス管コールドヘッドに供給圧力及び戻り圧力でガスを循環させ、
   前記パルス管コールドヘッドは、
   ウォームエンド及びコールドエンドを有する蓄冷機と、
   ウォームエンド及びコールドエンドを有するパルス管と、
   同軸ダブルインレット弁と、
   前記接続ラインから前記蓄冷機の前記ウォームエンドに延びている第１のラインと、
   前記蓄冷機の前記コールドエンドを前記パルス管の前記コールドエンドに接続する第２のラインと、
   前記パルス管の前記ウォームエンドからシングルインレット弁を通してバッファボリュームに延びている第３のラインと、
   前記同軸ダブルインレット弁から前記パルス管のウォームエンドに延びている第４のラインと、
   を含み、
   前記同軸ダブルインレット弁が、
   調整可能なポートを有する基部と、
   前記調整可能なポートの一端内に部分的に係合する固定針と、
   前記調整可能なポートの他端内に部分的に係合する調整可能な針と、
   前記基部、前記固定針、及び前記調整可能な針を収容する本体と、
   を含み、
   前記基部が軸方向に沿って調整可能に構成され、
   前記調整可能な針が前記固定針と同軸に配置され、
   前記同軸ダブルインレット弁が前記第１のラインに接続することを特徴とするＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
8. 前記基部及び前記調整可能な針が、前記本体の同じ側から調整可能であることを特徴とする請求項７に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
9. 前記基部が、前記本体上に形成されたステムポートに接続された空洞を画定し、前記本体が、前記本体上に形成された端部ポートに接続された空洞を画定し、前記調整可能なポートが、前記基部の前記空洞及び前記本体の前記空洞の間に配置されることを特徴とする請求項７に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
10. 前記ステムポートが前記第１のラインに接続され、前記端部ポートが前記第４のラインに接続されることを特徴とする請求項９に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
11. 前記調整可能なポート及び前記調整可能な針が、前記ステムポート及び前記端部ポート間の交流（ＡＣ）フロー及び直流（ＤＣ）フローを制御するように構成されることを特徴とする請求項９に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
12. 前記調整可能なポート及び前記調整可能な針が、前記ステムポート及び前記端部ポート間のいずれかの方向に直流（ＤＣ）フローを生成するように構成されることを特徴とする請求項９に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
13. 前記同軸ダブルインレット弁がさらに、前記基部の前記空洞内に配置された調整可能な針基部を備え、前記調整可能な針が前記調整可能な針基部と一体であることを特徴とする請求項９に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
14. 前記弁アセンブリ及び前記パルス管コールドヘッド間の前記接続ラインが単一の可撓性ホースであることを特徴とする請求項７に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
15. 前記弁アセンブリ及び前記パルス管コールドヘッド間の前記接続ラインが少なくとも０．５ｍの長さを有することを特徴とする請求項７に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
16. 前記パルス管コールドヘッドがさらに、
    前記蓄冷機の前記コールドエンドに接続された第２段蓄冷機と、
    ウォームエンド及びコールドエンドを有する第２段パルス管と、
    前記第１のラインに接続された第２段同軸ダブルインレット弁と、
    前記第２段蓄冷機の前記コールドエンドを前記第２段パルス管の前記コールドエンドに接続する第５のラインと、
    前記第２段パルス管の前記ウォームエンドから第２段シングルインレット弁を通して第２段バッファボリュームに延びている第６のラインと、
    前記第２段同軸ダブルインレット弁から前記第２段パルス管の前記ウォームエンドに延びている第７のラインと、
    を含み、
    前記第２段同軸ダブルインレット弁が、
    調整可能なポートを有する基部と、
    前記調整可能なポートの一端内に部分的に係合する固定針と、
    前記調整可能なポートの他端内に部分的に係合する調整可能な針と、
    前記基部、前記固定針、及び前記調整可能な針を収容する本体と、
    を含み、
    前記基部が軸方向に沿って調整可能に構成され、
    前記調整可能な針が前記固定針と同軸に配置されることを特徴とする請求項７に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
17. 前記第２段同軸ダブルインレット弁の前記調整可能なポート、前記固定針、及び前記調整可能な針の少なくとも１つが、前記同軸ダブルインレット弁の前記調整可能なポート、前記固定針、及び前記調整可能な針の対応する１つと異なる寸法を有することを特徴とする請求項１６に記載のＧＭ型ダブルインレットパルス管システム。
    

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