JP3652623B2 - パルス管冷凍機 - 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

Claims (3)

  1. 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パルス管冷凍機。
  2. 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請求項１記載のパルス管冷凍機。
  3. 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請求項１又は請求項２記載のパルス管冷凍機。
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