JP3652623B2 - Pulse tube refrigerator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルス管冷凍機凍詳しくはパルス管冷凍機の整流機構に関する。
【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パルス管冷凍機は公知である。
図5に公知のオリフィス型パルス管冷凍機を示す。
パルス管冷凍機は圧縮機1と、蓄冷器2の高温部2aとを所定の周期で切換え連通される高圧弁Va及び、低圧弁Vbと、蓄冷器2の低温部2bと熱交換器4bを介在させてその低温部5bが連通しているパルス管5と、該パルス管5の高温部5aと熱交換器4a及びオリフィス6を介して連通しているバッファタンク7から構成されている。
【0003】
なお、蓄冷器2内には銅、ステンレス鋼製金網等の蓄冷材3が充填されており、熱交換器4a、4bの内部には銅、アルミニウム等の金網Fが積層充填されている。図中Cは寒冷取り出し部となる冷却端ブロック、Hは高温端ブロックである。なお、金網Fはパンチングプレートでもよい。
【0004】
上記のパルス管冷凍機は、圧縮機1で圧縮された高圧のヘリウムガスは高圧弁Vaが開、低圧弁Vbが閉の状態になると、蓄冷器2に流入し、蓄冷材3で冷却されて温度を下げながら蓄冷器2の低温部2bから熱交換器4bで更に冷却されてパルス管5の低温部5bへ流入する。
【0005】
パルス管5内に既に存在していた低圧ガスは新に流入された作動ガスにより圧縮されるためにパルス管5内の圧力がバッファタンク7内の圧力よりも高くなり作動ガスはオリフィス6を通ってバッファタンク7へ流入する。
【0006】
次に、高圧弁Vaが閉となり低圧弁Vbが開に切り替わると、パルス管5内の作動ガスは蓄冷器2の低温部2bから蓄冷器2内を通過して高温部2aから低圧弁を通って圧縮機へ回収される。
【0007】
パルス管5とバッファタンク7とはオリフィス6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5の低温端5bにおいて作動ガスの膨張に伴う寒冷が発生し、上記課程が反復されることにより冷凍機として作用している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記公知のパルス管冷凍機はバッファタンク7内に閉じこめられた作動ガスがオリフィス6からパルス管5へ向かって噴出するとき、或いは、蓄冷器2からの作動ガスがパルス管5へ流入するとき、熱交換器によってある程度整流されるもののパルス管内のガスの流れを乱し冷却性能を低下させていた。
本発明は作動ガスの噴流がパルス管内のガスの乱れを起こさないようにし、パルス管冷凍機の冷却能力の向上を図ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1は、パルス管5の高温部5a及び/又は低温部5bに目の開き及び線径が夫々異なる細目金網8aと粗目金網8bを積層してなる整流器8、8’を設置したことを特徴とする。
本発明の請求項2は、細目金網8aは目の開きが0.17〜0.4mm、線径が0.08〜0.20mmの60〜100メッシュであり、粗目金網8bは目の開きが0.8〜2.0mm、線径が0.2〜1.0mmの12〜20メッシュの金網であることを特徴とする。
本発明の請求項3請求項1又は請求項2記載のパルス管冷凍機において、パルス管5の高温部5a及び/又は低温部5bの両端部又は片方の端部に、金網又はパンチングプレートからなる熱交換器4a、4bを備えていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるパルス管冷凍機の実施形態について図1ないし図4を参照して説明する。なお、図中同一部品には同一符号を付し説明の重複を省略する。
図1は本発明の実施形態の説明図であって、前記図5に示した公知のパルス管冷凍機において、パルス管5の高温部5aと低温部5bに夫々整流器8、8’を設置している。
【0011】
整流器8、8’の詳細構造を図2に示す。本発明にかかる整流器は、細目金網8aと粗目金網8bの2種類の金網を積層した構造である。(a)図は細目金網8aと粗目金網8bを積層した状態を示している。(b)図は細目金網、(c)図は粗目金網をそれぞれ示している。
【0012】
上記の細目金網8aは目の開きが0.17〜0.4mm、線径が0.08〜0.20mmの60〜100メッシュの金網が使用される。特に目の開きが0.175mm、線径が0.14mm、80メッシュの金網が最適である。
粗目金網8bは目の開きが0.8〜2.0mm、線径が0.2〜1.0mmの12〜20メッシュの金網が使用される。特に目の開きが0.991mm、線径が0.6mm、16メッシュの金網が最適である。
なお、金網材料を高温部側および低温部側の整流器8’、8に銅或いは銅合金を使用すれば金属の容積比熱、熱伝導率の点から有利である。
【0013】
図3はパルス管の低温側に本発明の整流器を設置したときの試験結果である。
図3における縦軸は冷凍能力を示しており、横軸の1は整流器を設置していないとき、2は#16金網:1枚と#80金網:1枚を積層したとき、3は#16金網:9枚と#80金網:1枚を積層したとき、4は#16金網:1枚と#80金網:2枚をセットにしたもの4組積層したとき、5は#16金網:1枚と#80金網:1枚をセットにしたもの6組積層したときである。
【0014】
図4はパルス管の高温側に本発明の整流器を設置したときの試験結果である。
図4における縦軸は冷凍能力を示しており、横軸の1は整流器を設置していないとき、2は#16金網:2枚と#80金網:1枚を積層したとき、3は#16金網:1枚と#80金網:1枚をセットにしたもの4組積層したときである。
【0015】
上記図3、図4に示す試験結果から細目金網8aと粗目金網8bを組み合わせて積層して形成された整流器を使用することによりパルス管冷凍機の冷凍性能を向上させることが確認された。
【0016】
【発明の効果】
本発明はパルス管の高温側及び/又は低温側へ、細目金網と粗目金網からなる種類の異なる金網を積層した構造の整流器を設置したことにより作動ガスがパルス管内に乱れのないガスピストンを形成させることができ、パルス管冷凍機の冷却性能を著しく向上できる。
なお、上記説明は単段のオリフィス型パルス管冷凍機を例にとって説明したが、この型式以外のパルス管冷凍機に適用できることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるパルス管冷凍機の実施形態の説明図。
【図2】本発明にかかる整流器の詳細説明図。
【図3】本発明にかかる整流器をパルス管の低温側に設置したときの試験結果。
【図4】本発明にかかる整流器をパルス管の高温側に設置したときの試験結果。
【図5】公知のオリフィス型パルス管冷凍機の説明図。
【符号の説明】
1 圧縮機 6 オリフィス
2 蓄冷器 7 バッファタンク
2a 蓄冷器高温部 8、8’ 整流器
2b 蓄冷器低温部 8a 細目金網
3 蓄冷材 8b 粗目金網
4a、4b 熱交換器 C 冷却端ブロック
5 パルス管 F 熱交換材層
5a パルス管高温部 H 高温端ブロック
5b パルス管低温部 Va 高圧弁
Vb 低圧弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to freezing of a pulse tube refrigerator, and more particularly to a rectifying mechanism of the pulse tube refrigerator.
[0002]
[Prior art]
A pulse tube refrigerator is known as a small cryogenic refrigerator used in a nuclear magnetic resonance diagnostic apparatus (NMR), an electron microscope, or the like.
FIG. 5 shows a known orifice type pulse tube refrigerator.
The pulse tube refrigerator includes a high-pressure valve Va and a low-pressure valve Vb, which are connected in communication with each other at a predetermined cycle between the
[0003]
The
[0004]
In the above pulse tube refrigerator, the high pressure helium gas compressed by the
[0005]
Since the low-pressure gas already existing in the
[0006]
Next, when the high pressure valve Va is closed and the low pressure valve Vb is opened, the working gas in the
[0007]
Since the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the known pulse tube refrigerator, when the working gas confined in the
An object of the present invention is to improve the cooling capacity of a pulse tube refrigerator by preventing the working gas jet from disturbing the gas in the pulse tube.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the
According to the second aspect of the present invention, the
In the pulse tube refrigerator according to claim 1 or claim 2 of the present invention, the high-
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a pulse tube refrigerator according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repeated description is omitted.
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention. In the known pulse tube refrigerator shown in FIG. 5,
[0011]
The detailed structure of the
[0012]
The
The
If copper or copper alloy is used for the
[0013]
FIG. 3 shows the test results when the rectifier of the present invention is installed on the low temperature side of the pulse tube.
In FIG. 3, the vertical axis indicates the refrigeration capacity, 1 on the horizontal axis indicates that no rectifier is installed, 2 indicates that # 16 wire mesh and 1 # 80 wire mesh are stacked, and 3 indicates # 16. Wire mesh: 9 sheets and # 80 wire mesh: When 1 sheet is stacked, 4 is # 16 wire mesh: 1 sheet and # 80 wire mesh: 2 sheets are set as 4 sets, 5 is # 16 wire mesh: 1 sheet And # 80 wire mesh: when six sets of one set are stacked.
[0014]
FIG. 4 shows the test results when the rectifier of the present invention is installed on the high temperature side of the pulse tube.
The vertical axis in FIG. 4 indicates the refrigeration capacity, 1 on the horizontal axis when no rectifier is installed, 2 when # 16 wire mesh: 2 sheets and # 80 wire mesh: 1 sheet is laminated, 3 is # 16 This is when four sets of wire mesh: 1 sheet and # 80 wire mesh: 1 sheet are stacked.
[0015]
From the test results shown in FIGS. 3 and 4, it was confirmed that the refrigeration performance of the pulse tube refrigerator was improved by using a rectifier formed by laminating and combining the
[0016]
【The invention's effect】
The present invention forms a gas piston in which the working gas does not disturb the pulse tube by installing a rectifier with a structure in which different types of wire meshes consisting of fine wire mesh and coarse wire mesh are laminated on the high temperature side and / or low temperature side of the pulse tube. The cooling performance of the pulse tube refrigerator can be significantly improved.
In the above description, the single-stage orifice type pulse tube refrigerator has been described as an example.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a pulse tube refrigerator according to the present invention.
FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of a rectifier according to the present invention.
FIG. 3 shows test results when the rectifier according to the present invention is installed on the low temperature side of the pulse tube.
FIG. 4 shows test results when the rectifier according to the present invention is installed on the high temperature side of the pulse tube.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a known orifice type pulse tube refrigerator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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