(57)【要約】    【課題】  温度の異なる冷凍を発生するパルス管冷凍機であって、所望の冷凍性能（冷凍能力、効率）を得るための設計に要する時間を低減できると共に、冷凍性能が高く、冷凍発生部が小型で、且つ、耐振性の高いパルス管冷凍機を提供すること。    【解決手段】  圧力発生源１０１と、第１蓄冷器２１と、熱損失補償用熱交換器２２の第１吸熱部２３と、第１パルス管２６と、第１位相調整手段２７を備える第1冷凍発生部２０と、第２高温側蓄冷器４１と、熱損失補償用熱交換器２２の放熱部２５と、第２低温側蓄冷器４２と、第２吸熱部４３と、第２パルス管４４と、第２位相調整手段４５を備える第２冷凍発生部４０とを備え、第１吸熱部２３と放熱部２５は熱的に接続され、第１蓄冷器２１の容器２１ａと第２高温側蓄冷器４１の容器２２ａは各容器を形成する共有内筒２１ｂを共有すると共に、いずれか何れか一方の容器は他方の容器の内側に配備される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した作動ガスを圧縮して吐出する圧力発生源と、
前記圧力発生源の吐出作動ガス及び吸入作動ガスと熱交換する第１蓄冷器と、熱損失補償用熱交換器に設けられ作動ガスが往復流動する流路を有する第１吸熱部と、作動ガスが膨張する第１パルス管と、前記第１パルス管の高温端側へ連通する第１位相調整手段と、を備えた第１冷凍発生部と、
前記圧力発生源の吐出作動ガス及び吸入作動ガスと熱交換する第２高温側蓄冷器と、前記熱損失補償用熱交換器に設けられ作動ガスが往復流動する流路を有する放熱部と、作動ガスと熱交換する第２低温側蓄冷器と、被冷却体を冷却する第２吸熱部と、作動ガスが膨張する第２パルス管と、前記第２パルス管の高温端側へ連通する第２位相調整手段と、を備えた第２冷凍発生部とを備え、
前記第１吸熱部と前記放熱部とは熱的に接続され、
前記第１蓄冷器の第１容器と前記第２高温側蓄冷器の第２容器のうち、少なくともいずれか一方の容器は筒状形状をなすと共に、一方の容器を他方の容器の内側に配備する、ことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
前記第１蓄冷器と前記第２高温側蓄冷器は、前記第１容器と前記第２容器を形成する共有内筒を共有し互いに隣接する、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
【請求項３】
前記圧力発生源は、
圧縮機と、
前記圧縮機の吐出口から吐出される作動ガスを前記第１蓄冷器と前記第２高温側蓄冷器へと導く高圧流路と、前記第１蓄冷器と前記第２高温側蓄冷器とから流出し前記圧縮機の吸入口へ吸入される作動ガスを前記吸入口へ導く低圧流路とに切換える切換弁と、
を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機。
【請求項４】
前記圧力発生源は、
圧縮機と、
前記圧縮機の前記吐出口から吐出される作動ガスを前記第１蓄冷器に導く高圧流路と、前記第１蓄冷器から流出し前記圧縮機の前記吸入口から吸入される作動ガスを、前記吸入口へ導く低圧流路と、に切換える第１切換弁と、
前記吐出口から吐出される作動ガスを前記第２高温側蓄冷器へ導く高圧流路と、前記第２高温側蓄冷器から流出し前記吸入口から吸入される作動ガスを、前記吸入口へ導く低圧流路と、に切換える第２切換弁と、
を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機。
【請求項５】
前記圧力発生源は、
第１圧縮機と、
前記第１圧縮機の吐出口から吐出される作動ガスを前記第１蓄冷器へ導く高圧流路と、前記第１蓄冷器から流出し前記第１圧縮機の吸入口から吸入される作動ガスを前記吸入口へ導く低圧流路とに切換える第１切換弁と、を備えた第１圧力発生源と、
第２圧縮機と、前記第２圧縮機の吐出口から吐出される作動ガスを前記第２高温側蓄冷器へ導く高圧流路と、前記第２高温側蓄冷器から流出し前記第２圧縮機の吸入口から吸入される作動ガスを前記吸入口へ導く低圧流路とに切換える第２切換弁と、を備えた第２圧力発生源と、
を配備する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機。
【請求項６】
前記圧力発生源は、シリンダと、前記シリンダに往復動可能に挿設されるピストンと、前記ピストンを往復動する駆動手段と、前記シリンダと前記ピストンと、で形成される圧縮室とを備え、
前記圧縮室は、前記第1蓄冷器と、前記第２高温側蓄冷器と、へ連通される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機。
【請求項７】
前記第２パルス管は、前記熱損失補償用熱交換器を貫通し、前記第１蓄冷器と前記第２高温側蓄冷器のうち内側に配設される蓄冷器の内側に配設される共に、前記第２低温側蓄冷器を形成する外筒の内側に所定の間隔を持って配設される、ことを特徴とする請求項１乃至６の少なくともいずれか一項に記載のパルス管冷凍機。
【請求項８】
前記第２高温側蓄冷器は前記第１蓄冷器の内側に配設されると共に、前記放熱部は前記第１吸熱部の内側に配設される、ことを特徴とする請求項１乃至７の少なくともいずれか一項に記載のパルス管冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度の異なる冷凍を発生するパルス管冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術における温度の異なる冷凍を発生するパルス管冷凍機として、凸型形状の２段型蓄冷器の１段蓄冷器の低温端を１段パルス管の低温端へ連通すると共に、２段蓄冷器の低温端を２段パルス管の低温端へ連通し、１段パルス管の高温端がそれぞれ高圧バルブの流出口と、低圧バルブの流入口とへ連通され、そして高圧バルブの流入口と、低圧バルブの流出口とをそれぞれ圧縮機の吐出口と、吸入口とへ連通する２段パルス管冷凍機が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、第一段側パルス管冷凍機の蓄冷器と第二段側パルス管冷凍機の蓄冷器とを並列に配置し、第一段側蓄冷器の低温端と、第一段側パルス管の低温端とを第一段側コールドエンドプレートに設けた吸熱用連結路で連通すると共に、第一段側蓄冷器の低温端と第二段側蓄冷器の中間部とを熱的に接続し、第二段側蓄冷器の低温端と、第二段側パルス管の低温端とを第二段側コールドエンドプレートに設けた第二吸熱用連結路で連通している分離型二段パルス管冷凍機がある。この分離型二段パルス管冷凍機は、第一段側蓄冷器と第二段側蓄冷器とを共通の圧縮機ユニットに配備した流路切換弁を介して連通し、第二段側蓄冷器と流路切換弁との間のガス給排路に流路開閉弁を配置し、この流路開閉弁を開閉制御することにより、第二段側パルス管冷凍機の運転を選択的に停止する（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３３２８５号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１によれば、１段パルス管と２段パルス管に所定の温度で所望の冷凍量を得るには、各パルス管と蓄冷器の形状、寸法、蓄冷材の充填量等の設計諸元を適正にする必要がある。しかし、１段蓄冷器を１段パルス管用と２段パルス管の両方に共用しているため、各段の冷凍性能（冷凍能力、効率）を決定する設計諸元は、各段の冷凍性能に相互に大きな影響を及ぼすと共に、大きな影響を及ぼす設計諸元数も多い。このため、所望の冷凍性能を得る適正な設計諸元を決定するには、膨大な条件を試す必要があり、多大な費用が掛かる問題がある。
【０００６】
また、２段型蓄冷器の１段蓄冷器は、１段パルス管と２段パルス管の両方に流れる作動ガスの蓄冷材を充填するため、第１段の蓄冷材の充填量を増大しなければならず大型になる。従って、１段蓄冷器の圧力損失を適正値に抑えつつ１段蓄冷器を大型にするので、流路断面積が増大する。流路断面積の増大により、１段蓄冷器内を流動する作動ガスの流量は、流路断面内で不均等になる偏流を生じて蓄冷器の熱損失が増大する。結果、冷凍能力と効率が低下する問題がある。また、蓄冷材の充填量の増大により、２段型蓄冷器が振動環境下に置かれると振動による１段の蓄冷材の慣性力が増大し、耐振性が低下する問題がある。
【０００７】
また、特許文献２によれば、分離型二段パルス管冷凍機は第一段側パルス管へ連通する第一段側蓄冷器と、第二段側パルス管へ連通する第二段側蓄冷器とが分離して設けられているため、冷凍機の低温部（冷凍発生部）が大型になる。これにより、被冷却側における冷凍機低温部の設置スペースが大きくなる問題がある。さらには、第一段側パルス管と第二段側パルス管を並列配置しているため、第一段側パルス管冷凍機の吸熱用連絡路を流れる作動ガスと、第二段側パルス管冷凍機の流路を流れる作動ガスと間の第一段側コールドエンドプレート部分の長さが増大し、熱抵抗が増大する。このため、第一段側パルス管冷凍機によって第二段側蓄冷器を流動する作動ガスが冷却される冷却量は減少する。従って、第二段側蓄冷器の熱損失の補償量（＝冷却される冷却量）も減少し、第二段側パルス管冷凍機の冷凍能力が低下する問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、温度の異なる冷凍を発生するパルス管冷凍機であって、所望の冷凍性能（冷凍能力、効率）を得るための設計に要する時間を低減できると共に、冷凍性能が高く、冷凍発生部が小型で、且つ、耐振性の高いパルス管冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、吸入した作動ガスを圧縮して吐出する圧力発生源と、圧力発生源の吐出作動ガス及び吸入作動ガスと熱交換する第１蓄冷器と、熱損失補償用熱交換器に設けられ作動ガスが往復流動する流路を有する第１吸熱部と、作動ガスが膨張する第１パルス管と、第１パルス管の高温端側へ連通する第１位相調整手段と、を備えた第１冷凍発生部と、圧力発生源の吐出作動ガス及び吸入作動ガスと熱交換する第２高温側蓄冷器と、熱損失補償用熱交換器に設けられ作動ガスが往復流動する流路を有する放熱部と、作動ガスと熱交換する第２低温側蓄冷器と、被冷却体を冷却する第２吸熱部と、作動ガスが膨張する第２パルス管と、第２パルス管の高温端側へ連通する第２位相調整手段と、を備えた第２冷凍発生部とを備え、第１吸熱部と放熱部とは熱的に接続され、第１蓄冷器の第１容器と第２高温側蓄冷器の第２容器うち、少なくともいずれか一方の容器は筒状形状をなすと共に、一方の容器を他方の容器の内側に配備する。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器は、第１容器と第２容器を形成する共有内筒を共有し互いに隣接する。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、圧力発生源は、圧縮機と、圧縮機の吐出口から吐出される作動ガスを第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器へと導く高圧流路と、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器とから流出し圧縮機の吸入口へ吸入される作動ガスを吸入口へ導く低圧流路とに切換える切換弁と、を備える。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、圧力発生源は、圧縮機と、圧縮機の吐出口から吐出される作動ガスを第１蓄冷器に導く高圧流路と、第１蓄冷器から流出し圧縮機の吸入口から吸入される作動ガスを、吸入口へ導く低圧流路と、に切換える第１切換弁と、吐出口から吐出される作動ガスを第２高温側蓄冷器へ導く高圧流路と、第２高温側蓄冷器から流出し吸入口から吸入される作動ガスを、吸入口へ導く低圧流路と、に切換える第２切換弁と、を備える。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、圧力発生源は、第１圧縮機と、第１圧縮機の吐出口から吐出される作動ガスを第１蓄冷器へ導く高圧流路と、第１蓄冷器から流出し第１圧縮機の吸入口から吸入される作動ガスを吸入口へ導く低圧流路とに切換える第１切換弁と、を備えた第１圧力発生源と、第２圧縮機と、第２圧縮機の吐出口から吐出される作動ガスを第２高温側蓄冷器へ導く高圧流路と、第２高温側蓄冷器から流出し第２圧縮機の吸入口から吸入される作動ガスを吸入口へ導く低圧流路とに切換える第２切換弁と、を備えた第２圧力発生源と、を配備する。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、圧力発生源は、シリンダと、シリンダに往復動可能に挿設されるピストンと、ピストンを往復動する駆動手段と、シリンダとピストンと、で形成される圧縮室とを備え、圧縮室は、第1蓄冷器と、第２高温側蓄冷器と、へ連通される。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、第２パルス管は、熱損失補償用熱交換器を貫通し、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器のうち内側に配設される蓄冷器の内側に配設される共に、第２低温側蓄冷器を形成する外筒の内側に所定の間隔を持って配設される。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、第２高温側蓄冷器は第１蓄冷器の内側に配設されると共に、放熱部は前記第１吸熱部の内側に配設される。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明では、第１冷凍発生部の第１蓄冷器の第１容器と、第２冷凍発生部の第２高温側蓄冷器の第２容器のうちいずれか一方の容器は、他方の容器の内側に設けられる。これにより、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部を流動する作動ガスは、各冷凍発生部内において分離される。従って、従来技術に比べ第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍性能（冷凍能力、効率（ＣＯＰ＝冷凍能力／消費電力））を決定する設計諸元のうち、各凍発生部の冷凍性能相互に大きな影響を及ぼす設計諸元数は減少する。結果、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍能力を得る設計に要する工数は低減される。
【００１８】
また、第１蓄冷器へ連通する第１吸熱部と第２高温側蓄冷器へ連通する放熱部は共に熱損失補償用熱交換器に設けられ、第１吸熱部と放熱部のうちいずれか一方を他方で取囲むように配設する。これにより、第１吸熱部と放熱部との熱伝導距離は従来技術に比べ短縮できる。従って、放熱部を流動する作動ガスは、第１吸熱部を流動する作動ガスにより、従来技術に比べ低い温度に冷却され、第２冷凍発生部の冷凍能力は増大する。
【００１９】
また、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器を流動する作動ガスは分離さているので、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器とを一体にした従来技術の蓄冷器に比べ、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器の各々の流路断面積は減少する。これにより、第１蓄冷器及び第２高温側蓄冷器を流動するヘリウムの偏流は減少して蓄冷器の熱損失が低減され、第１冷凍発生部及び第２冷凍発生部の冷凍能力は増大すると共に、効率も向上する。
【００２０】
また、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器を流動する作動ガスは分離さている。従って、第１蓄冷器２１と第２高温側蓄冷器４１とを一体にした従来技術の蓄冷器に比べて、第１蓄冷器の蓄冷材と、第２高温側蓄冷器の蓄冷材の充填量が低減される。従って、各冷凍発生部が振動環境下に置かれた場合、振動による各蓄冷材の慣性力は減少して第１蓄冷器の第１容器と、第２蓄冷器の第２容器に作用する荷重も減少する。また、第１容器と第２容器は、各々の容器とで多重管構造を形成しているので、各々の容器が互いに補強し合う。以上により、第１蓄冷器と第２蓄冷器の耐振性が向上するので、第１、２冷凍発生部の耐振性が向上する。さらには、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器の耐振性が向上することにより、第２吸熱部及び熱損失補償用熱交換器の振動揺れが減少し、第２吸熱部及び熱損失補償用熱交換器に固定される各被冷却体に与える振動の影響が低減される。
【００２１】
また、第１冷凍発生部の第１蓄冷器と、第２冷凍発生部の第２高温側蓄冷器のうちいずれか一方の蓄冷器は、他方の蓄冷器の内側に設けられる。結果、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部を合わせた冷凍発生部が小型になる。
【００２２】
請求項２に記載の発明では、第１冷凍発生部の第１蓄冷器と、第２冷凍発生部の第２高温側蓄冷器は共有内筒を共有し互いに隣接して配備されている。これにより、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部を流動する作動ガスは、各冷凍発生部内において分離される。従って、従来技術に比べ第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍性能（冷凍能力、効率）を決定する設計諸元のうち、各凍発生部の冷凍性能相互に大きな影響を及ぼす設計諸元数は減少する。結果、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍能力を得る設計に要する工数は低減される。
【００２３】
また、第１蓄冷器へ連通する第１吸熱部と第２高温側蓄冷器へ連通する放熱部は共に熱損失補償用熱交換器に設けられ、第１吸熱部と放熱部のうちいずれか一方を他方で取囲むように配設する。これにより、第１吸熱部と放熱部との熱伝導距離は従来技術に比べ短縮できる。従って、放熱部を流動する作動ガスは、第１吸熱部を流動する作動ガスにより、従来技術に比べ低い温度に冷却され、第２冷凍発生部の冷凍能力は増大する。
【００２４】
また、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器とは共有内筒により分割さているので、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器とを一体にした従来技術の蓄冷器に比べ、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器の各々の流路断面積は減少する。これにより、第１蓄冷器及び第２高温側蓄冷器を流動するヘリウムの偏流は減少して蓄冷器の熱損失が低減され、第１冷凍発生部及び第２冷凍発生部の冷凍能力は増大すると共に、効率も向上する。
【００２５】
また、共有内筒には第１蓄冷器の作動ガスと第２高温側蓄冷器の作動ガスとの差圧が作用する。この差圧の最大値は、従来技術の第１蓄冷器のパイプ形状の容器内側の作動ガスの最高圧力と容器外側の真空との最大差圧に比べ小さいので、共有内筒の厚さを減少でき、共有内筒の径方向の熱抵抗は減少する。従って、共有内筒近傍を流動する第２高温側蓄冷器の作動ガスは、共有内筒近傍を流動する第１蓄冷器の作動ガスにより共有内筒を介して冷却される。この冷却により、第２冷凍発生部の冷凍能力は増大する。さらに、この冷却は、第２高温側蓄冷器の高温端から低温端までの全温度範囲（例えば，略３２０〜略７０Ｋ）に亘り行われるので、カルノー効率の関点から、冷却に要する電力は第１吸熱部の温度（例えば、略７０Ｋ）で行われる冷却に要する電力に比べて減少する。結果、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の効率は向上する。
【００２６】
また、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器とは、共有内筒により分割さている。従って、第１蓄冷器２１と第２高温側蓄冷器４１とを一体にした従来技術の蓄冷器に比べて、第１蓄冷器の蓄冷材と、第２高温側蓄冷器の蓄冷材の充填量が低減される。これにより、各冷凍発生部が振動環境下に置かれた場合、振動による各蓄冷材の慣性力は減少し第１蓄冷器の第１容器と、第２蓄冷器の第２容器に作用する荷重も減少する。また、第１容器と第２容器は、各々の容器とで二重管構造を形成しているので、各々の容器が互いに補強し合う。以上により、第１蓄冷器と第２蓄冷器の耐振性が向上するので、第１、２冷凍発生部の耐振性が向上する。さらには、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器の耐振性が向上することにより、第２吸熱部及び熱損失補償用熱交換器の振動揺れが減少し、第２吸熱部及び熱損失補償用熱交換器に固定される各被冷却体に与える振動の影響が低減される。
【００２７】
また、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器とは共有内筒を共有し、共有内筒の外周面側に第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器のいずれか一方の蓄冷器が設けられ、共有内筒の内周面側には他方の蓄冷器が設けられる。結果、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部を合わせた冷凍発生部が小型になる。
【００２８】
また、請求項３に記載の発明では、圧縮機は切換弁を備えており、切換弁を介して圧縮機から吐出される作動ガスと、圧縮機へ吸入される作動ガスは、共有内筒により第１蓄冷器を備える第１冷凍発生部内と、第２高温側蓄冷器を備える第２冷凍発生部内においては分離されている。従って、前述の第１請求項に記載した効果の設計工数低減の効果と同じように、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍性能を得る設計に要する工数は低減できる。
【００２９】
また、切換弁は第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の両方に共用できるので、圧力発生源の構成が簡素になる。
【００３０】
また、請求項４に記載の発明では、圧縮機は、第１蓄冷器に接続される第１切換弁と、第２高温側蓄冷器に接続されている第２切換弁を備えている。そして、第１蓄冷器を備える第１冷凍発生部と、第２高温側蓄冷器を備える第２冷凍発生部を流動する作動ガスは、共有内筒により各冷凍発生部内では分離されている。従って、前述の第１請求項に記載した効果の設計工数低減の効果と同じように、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍性能を得る設計に要する工数は低減できる。
【００３１】
また、第１切換弁と第２切換弁とは、それぞれ独立して作動できる。従って、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の各１サイクルにおいて、第１切換弁と第２切換弁の流路切換えタイミングと、流路切換周波数をそれぞれ適正に設定できる。これにより、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の冷凍能力が増大すると共に、効率が向上する。さらには、第１切換弁と第２切換弁の流路切換周波数を各々調整することにより、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の冷凍能力を各々簡単に調整できる。
【００３２】
また、第１蓄冷器と、第２高温側蓄冷器とが共有内筒を共有する場合、第１切換弁と第２切換弁の流路切換のサイクル時間を同一に作動させ、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部を往復流動するそれぞれの作動ガスの流れの位相を互いに１８０°ずらす。また、共有内筒に内周面と外周面に作用する差圧は従来技術より減少しているので、共有内筒の厚さを薄くでき、共有内筒の径方向の熱抵抗と熱容量は減少する。以上により、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器を往復流動する各々の作動ガスは対向流になる。従って、第２高温側蓄冷器の高温端から低温端へ流れる共有円筒の内周面近傍の作動ガスは、第１蓄冷器の低温端から高温端へ流れる共有円筒の外周面近傍の作動ガスにより冷却される。これにより、各々の作動ガスの流れが同位相の並行流に比べ、熱交換する相互の作動ガスの温度差は増大するので、交換熱量、即ち冷却量も増大し、第２冷凍発生部の冷凍能力は増大すると共に、効率も向上する。
【００３３】
また、上述したように互いの作動ガスの流れを１８０°位相差の流れにすることにより、圧縮機から吐出される作動ガス量は、１サイクルの一時期に集中することなく、１サイクル全体に亘り平準化され減少するので、圧縮機は小型になる。また、吐出流量の減少により、圧縮機の消費電力も減少してパルス管冷凍機の効率が向上する。
【００３４】
また、請求項５に記載の発明では、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部は、それぞれ別装置の第１圧力発生源と、第２圧力発生源を備えおり、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部を流動する作動ガスは分離されている。そして、第１蓄冷器を備える第１冷凍発生部と、第２高温側蓄冷器を備える第２冷凍発生部を流動する作動ガスは、共有内筒により各冷凍発生部内では分離されている。従って、前述の請求項１に記載した発明に関する効果の設計に要する時間の低減効果と同じように、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍性能を得る設計に要する時間は低減できる。
【００３５】
また、第１圧力発生源と、第２圧力発生源は別装置であるので、第１切換弁と第２切換弁はそれぞれ独立して作動できる。従って、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の各１サイクルにおいて、第１切換弁と第２切換弁の流路切換えタイミングと、流路切換周波数をそれぞれ適正に設定する。これにより、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の冷凍能力が増大するとともに、効率も向上する。さらには、第１切換弁と、第２切換弁の流路切換周波数を各々調整することにより、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の冷凍能力を各々簡単に調整できる。
【００３６】
また、第１蓄冷器と、第２高温側蓄冷器とが共有内筒を共有する場合、第１切換弁と第２切換弁の流路切換のサイクル時間を同一に作動させると共に、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部を往復流動するそれぞれの作動ガスの流れの位相を互いに１８０°ずらす。これにより、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器を往復流動する各々の作動ガスは対向流になる。従って、第２高温側蓄冷器の高温端から低温端へ流れる共有円筒の内周面近傍の作動ガスは、第１蓄冷器の低温端から高温端へ流れる共有円筒の外周面近傍の作動ガスにより冷却される。結果、第２冷凍発生部の冷凍能力は増大すると共に、効率も向上する。
【００３７】
また、第１圧力発生源と、第２圧力発生源は別装置であるので、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部はそれぞれに適した封入圧力の下で運転できる。一般的に作動ガスの比熱は、温度低下と共に増加する。作動ガスと熱交換する蓄冷材、例えば、ステンレスあるいは鉛などの金属の比熱は、一般的に温度低下と共に低下する。このため、第１冷凍発生部の冷凍温度（例えば、略７０Ｋ）より低い温度（例えば、略１５Ｋ）の冷凍を発生する第２冷凍発生部は、比較的低い圧力の作動ガス（例えば、１．６ＭＰａのヘリウム）を封入する。これにより、効率良く冷凍量を得られる。一方、第２冷凍発生部の冷凍温度（例えば、略１５Ｋ）より高い温度（例えば、略７０Ｋ）の冷凍を発生する第１冷凍発生部は、比較的高い圧力の作動ガス（例えば、２ＭＰａのヘリウム）を封入する。これにより、効率良く冷凍を得られる。以上により、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の冷凍能力は増大すると共に、効率も向上する。
【００３８】
また、請求項６に記載の発明では、圧縮室は、第１蓄冷器と、第２高温側蓄冷器とへ連通しており、共有内筒により第１蓄冷器を備える第１冷凍発生部と、第２高温側蓄冷器を備える第２冷凍発生部を流動する作動ガスは、各冷凍発生部内では分離されている。従って、前述の第１請求項に記載した効果の設計工数低減の効果と同じように、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の所望の冷凍性能を得る設計に要する工数は低減できる。
【００３９】
また、シリンダとピストンとにより形成される圧縮室は、切換弁を省略して、第１蓄冷器と、第２高温側蓄冷器とへ連通されている。従って、切換弁の流路切換周波数を高くする（例えば、略３０Ｈｚ）と発生する冷凍性能（冷凍能力、効率）の低下と、弁部分の摩耗による耐久性の低下と、騒音の不具合は解消される。また、第１蓄冷器と、第２高温側蓄冷器を流動する作動ガスは分離されているので、各蓄冷器の流路断面積は、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器を一体構成にした従来技術の蓄冷器より減少できる。これにより、圧縮機の高速運転による作動ガスの往復移動量の減少に起因する蓄冷器内の偏流は抑制され、偏流による蓄冷器の熱損失は抑制される。以上により、圧縮機の高速運転（例えば、略３０Ｈｚ）は可能になり、高速運転により第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部の冷凍能力が増大する。
【００４０】
また、高速運転により単位時間当の第１膨張室と、第２膨張室において発生する冷凍量は増大するので、第１冷凍発生部と、第２冷凍発生部とは小型になる。
【００４１】
また、請求項７に記載の発明では、第２パルス管は、熱損失補償用熱交換器を貫通固定すると共に、第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器のうち内側に設けた蓄冷器の内側、及び第２低温側蓄冷器の内側に設けられている。従って、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部を合わせた冷凍発生部は小型になる。また、第２パルス管は、上記の内側に設けた蓄冷器と、第２低温側蓄冷器の容器とにより補強されるので、耐振性が向上する。
【００４２】
また、第２パルス管の途中は熱損失補償用熱交換器に固定され、例えば７０Ｋに冷却されている。従って、第２パルス管の高温端側から第２膨張室へ侵入する伝導熱損失は低減され、第２冷凍発生部の冷凍能力は向上する。
【００４３】
また、請求項８に記載の発明では、前述した請求項１に記載の効果が得られるほかに、以下の効果が得られる。即ち、第２高温側蓄冷器は第１蓄冷器の内側に配備されると共に、第２高温側蓄冷器の高温端は、順次放熱器と、第２低温側蓄冷器を接続している。そして、放熱器に周囲に第１吸熱部が設けられると共に、第１吸熱部は第１蓄冷器に接続される。従って、第１冷凍発生部と第２冷凍発生部の構成が簡素にできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係るパルス管冷凍機の説明図である。
【図２】図１の実施例１に係るの熱損失補償用熱交換器の断面図である。
【図３】図１の実施例１の熱損失補償用熱交換及び第２吸熱部の改良例の説明図である。
【図４】図３の実施例１に係る熱損失補償用熱交換器の断面図である。
【図５】図１の実施例１の第１蓄冷器と第２高温側蓄冷器の配置に関する改良例の説明図である。
【図６】図１の実施例１に係る切換弁１２の作動の説明図である。
【図７】本発明の実施例２に係るパルス管冷凍機の説明図である。
【図８】本発明の実施例３に係るパルス管冷凍機の説明図である。
【図９】本発明の実施例４に係るパルス管冷凍機の説明図である。
【図１０】本発明の実施例５に係るパルス管冷凍機の説明図である。
【図１１】本発明の実施例６に係るパルス管冷凍機の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する
【実施例１】
【００４６】
図１は、本発明の実施例１に係るパルス管冷凍機の説明図である。図１に示すように、パルス管冷凍機１は、圧力発生源１０１と、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０とから構成され、ヘリウム等の作動ガスを充填する。第２冷凍発生部４０の発生する冷凍の温度は、第１冷凍発生部２０の発生する冷凍の温度より低い。
【００４７】
圧力発生源１０１は、圧縮機１０と、切換弁１２と、配管１１ａ、１１ｂと、配管１５とから構成される。即ち、圧縮機１０の吸入口１０ａは配管１１ａを介し切換弁１２のポート１２ａへ連通され、圧縮機１０の吐出口１０ｂは順次配管１１ｂと、切換弁１２のポート１２ｂへ連通される。切換弁１２のポート１２ｃには、配管１５の一端が接続され、配管１５の他端は第２冷凍発生部４０の第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅ（図示上端）に接続される。また、配管１５は途中から分岐して第１冷凍発生部２０の第１蓄冷器２１の高温端２１ｅ（図示上端）に接続される。そして、ヘリウムが第２高温側蓄冷器４１の流路断面を均等に流れるようにするため、配管１５は第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅの中心部分へ接続される。また、ヘリウムが第１蓄冷器２１の流路断面を均等へ流れるようにするため、第１蓄冷器２１の高温端２１ｅの同一円周上の複数箇所に配管１５が接続される。
【００４８】
切換弁１２は、配管１５からのヘリウムを圧縮機１０の吸入口１０ａへ戻す流路１２Ｌ（低圧流路）と、圧縮機１０の吐出口１０ｂからのヘリウムを配管１５へ流出する流路１２Ｈ（高圧流路）を備える。即ち、切換弁１２は、配管１５からポート１２ｃと、流路１２Ｌと、ポート１２ａを通過して圧縮機１０の吸入口１０ａに流入する低圧流れと、吐出口１０ｂからポート１２ｂと、流路１２Ｈと、ポート１２ｃを通過して配管１５に流入する高圧流れとに切換える。切換弁１２の流路切換えの１サイクルにより、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の１サイクルが形成される。
【００４９】
第１冷凍発生部２０は、第１蓄冷器２１の低温端２１ｆ（図示下端）を順次、熱損失補償用熱交換器２２に設けた第１吸熱部２３と、配管２４と、第１パルス管２６の低温端２６ｂ（図示下端）へ連通すると共に、第１パルス管２６の高温端２６ａ（図示上端）に第１位相調整手段２７を接続する。
【００５０】
熱損失補償用熱交換器２２を形成するブロック２２ａの端面には、円筒形状の共有内筒２１ｂの一端と共有内筒２１ｂの外側同軸に設けた円筒形状の外筒２１ｃの一端とが気密固定される。そして第１蓄冷器２１は、共有内筒２１ｂと、外筒２１ｃと、ブロック２２ａとにより形成される円筒形状の容器２１ａ（第１容器）にステンレス金網などの蓄冷材２１ｄを充填している。共有内筒２１ｂと外筒２１ｃは、軸方向の熱伝導抑制のため薄肉の熱伝導率の低いステンレス管からなる。
【００５１】
第１パルス管２６も軸方向の熱伝導抑制のため肉厚の薄いステンレス管から構成され、管内には二点鎖線で示す第１ガスピストン２６ｃが形成される。第１ガスピストン２６ｃは、質量が一定で容積がヘリウムの圧力によって変化する弾性ピストンの様態をなし、第１パルス管２６内で往復動する。そして、第１ガスピストン２６ｃと第１パルス管２６と第１パルス管２６の低温端２６ｂに気密固定されたヘッド２６ｄとに包囲されて第１膨張室２９が形成される。
【００５２】
第１位相調整手段２７は、バッファタンク２７ａと、絞り弁２７ｂと、ダブルインレット絞り弁２７ｃと、配管２８ａ〜２８ｄとを備える。バッファタンク２７ａは、配管２８ａと、絞り弁２７ｂと、配管２８ｂを介し第１パルス管２６の高温端２６ａへ連通される。また、ダブルインレット絞り弁２７ｃの一端は配管２８ｃと、２８ｂを介し第１パルス管２６の高温端２６ａへ連通され、他端は配管２８ｄを介し配管１５へ連通される。第１位相調整手段２７は、第１ガスピストン２６ｃの往復動変位の位相を調整する機能を有すると共に、各部材（バッファタンク２７ａ、絞り弁２７ｂ、ダブルインレット絞り弁２７ｃ、配管２８ａ〜２８ｄ）の表面から周囲に放熱する放熱器の機能も有する。放熱量が多い場合は、第１パルス管２６の高温端２６ａと配管２８ｂの間に放熱器（図示せず）を配設する。また、第１パルス管２６の高温端２６ａと、高温端２６ａ側（第１パルス管２６の高温端から第１パルス管２６の全長の略１／５〜略１／３長さ範囲）の外表面も放熱器として機能する。
【００５３】
図２は、図１の断面ＡＡ、即ち熱損失補償用熱交換器２２の断面図である。図１及び２に示すように、熱損失補償用熱交換器２２は、伝導良好な銅のブロック２２ａの端面に第１吸熱部２３を形成する複数個の孔２３ａ（流路）と、放熱部２５を形成する複数個の孔２５ａ（流路）を貫通する。そして、ブロック２２ａの図示上面に共有内筒２１ｂの端部と、外筒２１の端部が気密固定され、ブロック２２ａの図示下面にキャップ２３ｂが気密固定される。キャップ２３ｂには配管２４の一端が接続され、他端は第１パルス管２６のヘッド２６ｄに接続される。複数個の孔２３ａは共有内筒２１ｂと外筒２１との間のブロック２２ａの環状部分に設けられ、複数個の孔２５ａは、共有内筒２１ｂの内径側に包囲されるブロック２２ａの端面部分に設けられる（図２）。複数個の孔２３ａを流動するヘリウムと複数個の孔２５ａを流動するヘリウムは、ブロック２２ａを介して熱交換する。
【００５４】
尚、熱損失補償用熱交換器２２は、図３、図４に示す熱損失補償用熱交換器３２にしても良い。即ち、熱損失補償用熱交換器３２は、ブロック２２ａ（図１）を第１パルス管２６の低温端２６ｂまで延在させる。そして、延在させたブロック３２ａの延在部分に第１膨張空間２９へ連通する複数個の孔３３ａを開口し、パルス管側吸熱部３３を形成する。そしてパルス管側吸熱部３３は、複数個の孔３３ａの開口部分を包囲するようにキャップ３３ｂがブロック３２ａに気密固着される。そして配管３４の両端にキャップ３３ｂと、キャップ２３ｂが接続される。尚、第１吸熱部２３とパルス管側吸熱部３３の間のブロック３２ａの図示下面３２ｂ、図示上面３２ｃ、側面３２ｄ（図４）は、被冷却体を冷却する伝熱面として利用できる。図３では下面３２ｂに被冷却物５１が固定されており、第１吸熱部２３の孔２３ａと、パルス管側吸熱部３３の孔３３ａを流動するヘリウムは被冷却体５１を冷却する。
【００５５】
また、本実施例では、熱損失補償用熱交換器２２は、ブロック３２ａに第１吸熱部２３と放熱部２５を設けているが、２枚のプレートの間に複数の細管を溶接し、例えば管内側を放熱部、管外を吸熱部にするシェルアンドチューブ型熱交換器（図示せず）でも良い。
【００５６】
第２冷凍発生部４０は、第２高温側蓄冷器４１の低温端４１ｆ（図示下端）を、順次、熱損失補償用熱交換器２２に設けた放熱部２５と、第２低温側蓄冷器４２と、第２吸熱部４３と、第２パルス管４４の低温端４４ｂ（図示下端）とへ連通すると共に、第２パルス管４４の高温端４４ａ（図示上端）を第２位相調整手段４５に接続する。
【００５７】
図１に示すように、第２高温側蓄冷器４１は、共有内筒２１ｂの内周面と、ブロック２２ａとにより形成される容器４１ａ（第２容器）にステンレス金網などの蓄冷材４１ｂを充填する。第２低温側蓄冷器４２は、薄肉ステンレス材の円筒形状の外筒４２ｂと、外筒４２ｂに気密固定した第２吸熱部４３とにより形成される容器４２ａに鉛球あるいは希土類合金球等の蓄冷材４２ｃを充填する。容器４２ａは、共有内筒２１ｂに対し同軸にブロック２２ａの図示下面に気密固定される。第２低温側蓄冷器４２の高温端４２ｅ（図示上端）は、孔２５ａを介して第２高温側蓄冷器４１の低温端４１ｆへ連通する。
【００５８】
第２吸熱部４３は、熱伝導良好な銅などのブロックに複数個の孔４３ａと、孔４３ａへ連通する流路４３ｂとが設けられる。これにより、第２低温側蓄冷器４２の低温端４２ｆ
は、孔４３ａと流路４３ｂを介し第２パルス管４４の低温端４４ｂへ連通される。そして、第２吸熱部４３の図示下面には被冷却体５２が取付けられる。
【００５９】
尚、図３に示すように第２低温側蓄冷器４２の低温端４２ｆへ連通する複数個の孔５３ａと、第２パルス管４４の低温端４４ｂへ連通する複数個の孔５３ｃを第２吸熱部５３に設け、複数個の孔５３ａと複数個の孔５３ｃを流路５３ｂで連通しても良い。これにより、第２第吸熱部５３の伝熱面積が増大し、第２吸熱部５３の熱交換効率が向上する。
【００６０】
図１に示すように、第２パルス管４４は肉厚の薄いステンレス管からなり、管内には二点鎖線で示す第２ガスピストン４４ｃが形成される。そして、第２ガスピストン４４ｃと第２パルス管４４と第２吸熱部４３とに包囲されて第２膨張室４７が形成される。第２ガスピストン４４ｃは、質量が一定で容積がヘリウムの圧力によって変化する弾性ピストンの様態をなし、第２パルス管４４内で往復動する。
【００６１】
第２位相調整手段４５は、バッファタンク４５ａと、絞り弁４５ｂと、ダブルインレット絞り弁４５ｃと、配管４６ａ〜４６ｄとを備える。バッファタンク４５ａは、配管４６ａと、絞り弁４５ｂと、配管４６ｂを介し第２パルス管４４の高温端４４ａへ連通される。また、ダブルインレット絞り弁４５ｃの一端は配管４６ｃと、４６ｂを介しへ第２パルス管４４の高温端４４ａへ連通され、他端は配管４６ｄを介し配管１５へ連通される。第２位相調整手段４５は、第２ガスピストン４４ｃの往復動変位の位相を調整する機能を有すると共に、各部材（バッファタンク４５ａ、絞り弁４５ｂ、ダブルインレット絞り弁４５ｃ、配管４６ａ〜４６ｄ）の表面から周囲に放熱する放熱器の機能も有する。放熱量が多い場合は、第２パルス管４４の高温端４４ａと配管４６ｂの間に放熱器（図示せず）を配設する。また、第２パルス管４４の高温端４４ａと、高温端４４ａ側（高温端から第２パルス管４４の全長の略１／５〜略１／３長さ範囲）の外表面も放熱器として機能する。
【００６２】
尚、図１の実施例１は第１蓄冷器２１の高温端２１ｅと第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅの軸方向の位置は一致し、共有内筒２１ｂの高温端２１ｂ１にあるが、図５に示すように、第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅを共有内筒２１ｂの途中２１ｂ２の位置に設けても良い。途中２１ｂ２の温度は高温端２１ｂ１の温度より低いので、第１蓄冷器２１側の共有内筒２１ｂの外周面近傍を流動するヘリウムと、第２高温側蓄冷器４１側の共有内筒２１ｂの内周面近傍を流動するヘリウムとの熱交換量は第１パルス管冷凍機１（図１）より増大する。
【００６３】
次に、本発明の実施例１の作動について説明する。図６は、切換弁１２の作動の説明図である。図６（ａ）はポート１２ａとポート１２ｃが流路１２Ｌにより連通された低圧流れの状態を示す。この状態では、ポート１２ｂとポート１２ｃは連通が断たれる。図６（ｂ）はポート１２ｂとポート１２ｃが流路１２Ｈにより連通された高圧流れの状態を示す。この状態では、ポート１２ａとポート１２ｃは連通が断たれる。
【００６４】
切換弁１２のポート１２ｂとポート１２ｃが連通される（図６（ｂ））と、圧縮機１０の吐出口１０ｂから吐出される高圧のヘリウムは、配管１１ｂ、切換弁１２のポート１２ｂと、流路１２Ｈと、ポート１２ｃを通過して配管１５に流入する。そこから第１冷凍発生部２０の第１蓄冷器２１の高温端２１ｅと、第２冷凍発生部４０の第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅへ流入する。
【００６５】
第１蓄冷器２１の高温端２１ｅへ流入したヘリウムは、そこで蓄冷材２１ｄにより低い温度に冷却されると共に、既に第１蓄冷器２１内に存在しているヘリウムを低温端２１ｆから順次押出す。押出されたヘリウムは、熱損失補償用熱交換器２２の第１吸熱部２３の孔２３ａと、配管２４を通過して第１膨張室２９へ流入する。第１膨張室２９に流入したヘリウムは、第１ガスピストン２６ｃの図１に於ける上方向の移動により膨張し所定温度（例えば７０Ｋ）の冷凍を発生する。第１位相調整手段２７は、第１膨張室２９の圧力波形の位相が第１膨張室２９の容積変化波形の位相より進むように、第１ガスピストン２６ｃを往復動させる。
【００６６】
次に、切換弁１２のポート１２ａとポート１２ｃとが連通される（図６（ａ））と、第１位相調整手段２７により、第１ガスピストン２６ｃは図１に於ける下方向へ移動する。この移動により、第１膨張室２９のヘリウムは第１膨張室２９から第１吸熱部２３の孔２３ａへ流入してブロック２２ａを略膨張ガス温度（例えば略７０Ｋ）に冷却する。そして第１蓄冷器２１へ流入し、そこで前述と逆方向の熱交換、即ちヘリウムは蓄冷材２１ｄにより加熱されると共に、既に第１蓄冷器２１内に存在しているヘリウムを高温端２１ｅから配管１５へ押出す。配管１５に押出されたヘリウムは、切換弁１２のポート１２ｃと、流路１２Ｌと、ポート１２ａと、配管１１ａを通過して圧縮機１０の吸入口１０ａへ流入する。
【００６７】
また、共有内筒２１ｂの外周面近傍を往復流動している第１蓄冷器２１側のヘリウムは、共有内筒２１ｂの管壁を介し共有内筒２１ｂの内周面近傍を往復流動している第２高温側蓄冷器４１側のヘリウムを冷却する。以上により、第１冷凍発生部２０の１サイクルが終了し、第１冷凍発生部２０は、例えば７０Ｋの冷凍を発生する。
【００６８】
一方、前述したように、配管１５から第２冷凍発生部４０の第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅへ流入したヘリウムは、蓄冷材４１ｂにより低い温度に冷却されると共に、既に第２高温側蓄冷器４１内に存在しているヘリウムを低温端４１ｆから順次押出す。また、共有内筒２１ｂの内周面側近傍を流れている第２高温側蓄冷器４１のヘリウムは、共有内筒２１ｂの外周側近傍を流れている第１蓄冷器２１のヘリウムにより共有内筒２１ｂの管壁を介し冷却される。そして、第２高温側蓄冷器４１の低温端４１ｆから押出されたヘリウムは、放熱部２５の孔２５ａを通過する。この時、ヘリウムは第１膨張室２９で発生した冷凍により低い温度（例えば７０Ｋ）に冷却されたブロック２２ａにより冷却され、第２低温側蓄冷器４２の高温端４２ｅへ流入する。そこで、ヘリウムは蓄冷材４２ｃにより更に低い温度に冷却されると共に、既に第２低温側蓄冷器４２内に存在しているヘリウムを低温端４２ｆから順次押出す。押出されたヘリウムは、第２吸熱部４３の孔４３ａと、流路４３ｂを通過して第２膨張室４７へ流入する。第２膨張室４７に流入したヘリウムは、第２ガスピストン４４ｃの図１に於ける上方向の移動により膨張し、第２膨張室２９で発生する冷凍より低い所定温度（例えば１５Ｋ）の冷凍を発生する。第２位相調整手段４３は、第２膨張室４７の圧力が第２膨張室４７の容積より位相を進むように、第２ガスピストン４４ｃを往復動させる。
【００６９】
次に、切換弁１２のポート１２ａとポート１２ｃとが連通される（図６（ａ））と、第２ガスピストン４４ｃは、第２位相調整手段４５により図１に於ける下方向に移動する。この移動により第１冷凍発生部２０と同じように、第２膨張室４７のヘリウムは、第２膨張室４７からポート１２ｃ方向へ流れる。そして、第２吸熱部４３は、流路４３ｂと孔４３ａを通過するヘリウムにより例えば１５Ｋに冷却され、被冷却体５２を冷却する。第２低温側蓄冷器４２の低温端４２ｆに流入したヘリウムは蓄冷材４２ｃにより加熱されると共に、既に第２低温側蓄冷器４２内に存在しているヘリウムを高温端４２ｅから放熱部２５へ押出す。押出されたヘリウムは、放熱部２５の孔２５ａを通過して第２高温側蓄冷器４１の低温端４１ｆに流入し、そこで蓄冷材４１ｂに加熱されると共に、既に第２高温側蓄冷器４１内に存在しているヘリウムを高温端４１ｅから配管１５へ押出す。配管１５に押出されたヘリウムは、切換弁１２のポート１２ｃと、流路１２Ｌと、ポート１２ａ、配管１１ａを通過して圧縮機１０の吸入口１０ａへ流入する。
【００７０】
以上により、第２冷凍発生部４０の１サイクルが終了し、第２冷凍発生部４０は第１冷凍発生部２０（例えば、７０Ｋ）より低い温度（例えば、１５Ｋ）の冷凍を発生する。
【００７１】
尚、上述したように熱損失補償用熱交換器２２は、第１膨張室２９から第１吸熱部２３の孔２３ａへ流入するヘリウムが、ブロック２２ａを冷却して、放熱部２５の孔２５ａを流動するヘリウムを冷却する。この熱交換により、第２高温側蓄冷器４１内で蓄冷材４１ｂとヘリウムとの熱交換で発生する熱損失は補償される。また、熱損失補償用熱交換器２２に被冷却体（図示せず）を固定することにより、第１吸熱部２３の孔２３ａを流動するヘリウムは被冷却体を冷却することも出来る。
【００７２】
次に、本発明の実施例１の効果について説明する。即ち、第１冷凍発生部２０の第１蓄冷器２１と、第２冷凍発生部４０の第２高温側蓄冷器４１とは、共有内筒２１ｂを共有し互いに隣接して配備され、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０を流動する作動ガスは、各冷凍発生部２０と、４０内においては分離されている。従って、従来技術に比べ第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０の所望の冷凍能力を決定する設計諸元のうち、各冷凍発生部２０と、４０の冷凍性能（冷凍能力、効率（ＣＯＰ））相互に大きな影響を及ぼす設計諸元数は減少する。結果、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０の所望の冷凍能力を得る設計に要する工数は低減される。
【００７３】
また、第１吸熱部２３は、放熱部２５の複数個の孔２５ａの周囲近傍に複数個の孔２３ａを環状に配置しているので、孔２３ａと孔２５ａの間の熱伝導距離は従来技術に比べ短縮される。従って、孔２５ａを往復流動するヘリウムは、孔２３ａを往復流動するヘリウムにより、従来技術に比べて低い温度に冷却される。この冷却により、第２高温側蓄冷器４１の熱損失は補償され、第２冷凍発生部４０の冷凍能力は補償量分向上する。
【００７４】
第１蓄冷器２１の容器２１ａと第２高温側蓄冷器４１の容器４１ａは、共有内筒２１ｂにより分割されているので、第１蓄冷器２１と第２高温側蓄冷器４１とを一体にした従来技術の蓄冷器に比べ小型で流路断面積は減少する。これにより、第１蓄冷器２１及び第２高温側蓄冷器４１を流動するヘリウムの各々の同一流路断面における流量の不均一流れの偏流は減少して各蓄冷器２１と、４１の熱損失が低減される。結果、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０の冷凍能力は増大し、効率（ＣＯＰ）は向上する。
【００７５】
また、共有内筒２１ｂには、第１蓄冷器２１の作動ガス圧と第２高温側蓄冷器４１の作動ガス圧との圧力差が作用する。この圧力差は、従来技術の蓄冷器の作動ガスの最高圧と、蓄冷器が設置される真空空間との圧力差に比べ小さいので、共有内筒２１ｂの肉厚を薄くでき、共有内筒２１ｂの熱容量と径方向の熱抵抗は減少する。従って、共有内筒２１ｂの内周面側近傍を流れている第２高温側蓄冷器４１のヘリウムは、共有内筒２１ｂの外周面側近傍を流れている第１蓄冷器２１のヘリウムにより、共有内筒２１ｂの管壁を介して良好に冷却される。この冷却により、第２高温側蓄冷器４１の熱損失の補償量が増加され、第２冷凍発生部４０の冷凍能力は増大する。さらに、共有内筒２１ｂの管壁を介する冷却は、第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅから低温端４１ｆまでの全温度範囲（例えば、略３２０〜略７０Ｋ）に亘り行われる。従ってカルノー効率の関点から、この冷却に要する電力は、放熱部２５の温度（例えば、略７０Ｋ）で行われる冷却に要する電力に比べて減少する。結果、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０の効率（ＣＯＰ）は向上する。
【００７６】
また、共有内筒２１ｂの管壁を介して行われる第２高温側蓄冷器４１の熱損失の補償により、第１吸熱部２３と放熱部２５との交換熱量（＝第２高温側蓄冷器４１の熱損失の補償量）は減少できるので、蓄熱損失補償用熱交換器２２を小型にすることも出来る。
【００７７】
また、第１蓄冷器２１の容器２１ａと第２高温側蓄冷器４１の容器４１ａは共有内筒２１ｂにより分割されている。従って、第１蓄冷器２１と第２高温側蓄冷器４１とを一体にした従来技術の蓄冷器に比べて、第１蓄冷器２１の容器２１ａと第２高温側蓄冷器４１の容器４１ａは小型になるので、各蓄冷材２１ｄ、４１ｂの質量が低減される。これにより、パルス管冷凍機１が振動環境下に設置された場合は、振動による蓄冷材２１ｄ、４１ｂの慣性力も減少し容器２１ａと容器４１ａ作用する荷重も減少する。また、容器２１ａと容器４１ａとで二重管構造を形成しているので、互いに補強し合う。以上により、容器２１ａと容器４１ａの耐振性が向上する。結果、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の耐振性が向上する。
【００７８】
また、第１蓄冷器２１と第２高温側蓄冷器４１の耐振性が向上することにより、第２吸熱部４３及び熱損失補償用熱交換器２２の振動が減少し、第２吸熱部４３及び熱損失補償用熱交換器２２に固定される各被冷却体に与える振動の影響が低減される。
【００７９】
また、容器２１ａと容器４１ａとは二重管構造を形成しているので、第１蓄冷器２１と第２高温側蓄冷器４１の構成が小型になり、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０を合わせた冷凍発生部が小型になる。また、冷凍発生部が小型になるので、大型の被冷却体を冷却する場合、被冷却体側に設けられる冷凍発生部の設置スペースが減少できる。
【実施例２】
【００８０】
図７は、本発明の実施例２に係るパルス管冷凍機の説明図である。図１のパルス管冷凍機１と同じ部位、同じ部品は、同じ符号を付す。図７に示すように、パルス管冷凍機２は、圧力発生源１０２と、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０とから構成され、作動ガスとしてヘリウムを充填する。
【００８１】
圧力発生源１０２は、圧縮機１０と、第１切換弁１３と、第２切換弁１４と、配管１６ａと、１６ｂと、１７と、１８とから構成される。圧縮機１０の吸入口１０ａは、配管１６ａを介してそれぞれ第１切換弁１３のポート１３ａと、第２切換弁１４のポート１４ａへ連通される。圧縮機１０の吐出口１０ｂは、配管１６ｂを介してそれぞれ第１切換弁１３のポート１３ｂと、第２切換弁１４のポート１４ｂへ連通される。そして、第１切換弁１３のポート１３ｃは配管１７の一端に接続され、他端は分岐して第１蓄冷器２１の高温端２１ｅの同一円周上に等分に接続される。第２切換弁１４のポート１４ｃは配管１８の一端に接続され、他端は第２冷凍発生部４０の第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅの中心部分に接続される。他の構成は、図１のパルス管冷凍機１と同じである。
【００８２】
第１切換弁１３と、第２切換弁１４の作動は、切換弁１２（図６）と同じである。第１冷凍発生部２０の１サイクルは、第１切換弁１３の流路１３Ｌ（低圧流路）の低圧流れと、流路１３Ｈ（高圧流路）の高圧流れの流路切換え（第１切換弁１３の１サイクル）によって形成される。即ち、流路１３Ｌによる低圧流れは、第１蓄冷器２１の高温端２１ｅから流出するヘリウムが、順次配管１７と、ポート１３ｃと、流路１３Ｌと、ポート１３ａと、配管１６ａを通過して、圧縮機１０の吸入口１０ａから吸入される。流路１３Ｈによる高圧流れは、圧縮機１０の吐出口１０ｂから吐出されるヘリウムが、順次配管１６ｂと、ポート１３ｂと、流路１３Ｈと、ポート１３ｃと、配管１７を通過して、第１蓄冷器２１の高温端２１ｅへ流入する。
【００８３】
同様に、第２冷凍発生部４０の１サイクルは、第２切換弁１４の流路１４Ｌ（低圧流路）の低圧流れと、流路１４Ｈ（高圧流路）の高圧流れの流路切換え（第２切換弁１４の１サイクル）によって形成される。即ち、流路１４Ｌによる低圧流れは、第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅから流出するヘリウムが、順次配管１８と、ポート１４ｃと、流路１４Ｌと、ポート１４ａと、配管１６ａを通過して、圧縮機１０の吸入口１０ａから吸入される。流路１４Ｈによる高圧流れは、圧縮機１０の吐出口１０ｂから吐出されるヘリウムが、順次配管１６ｂと、ポート１４ｂと、流路１４Ｈと、ポート１４ｃと、配管１８を通過して、第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅへ流入する。他の作用は、図１のパルス管冷凍機１と同じである。
【００８４】
パルス冷凍機２内の作動ガスは、共有内筒２１ｂにより第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０内では分離されている。従って、図１の実施例１と同じ理由により、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の所望の冷凍性能を得るための設計に要する工数が低減される。
【００８５】
また、第１切換弁１３と、第２切換弁１４は、互に独立して作動できるので、第１切換弁１３と、第２切換弁１４の流路切換タイミングと、流路切換周波数を各々、適正に設定することにより、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の冷凍能力と効率が向上する。例えば、第１蓄冷器の圧力損失の少ない第１冷凍発生部２０は、比較的早い流路切換周波数（例えば３Ｈｚ）で第１切換弁１３を作動させることにより、冷凍能力と効率が向上する。一方、第１蓄冷器の圧力損失と比べて、第２高温側蓄冷器４１と第２低温側蓄冷器４２を合わせた圧力損失の比較的大きい第２冷凍発生部４０は、比較的遅い流路切換周波数（例えば１Ｈｚ）で第２切換弁１４を作動させることにより、冷凍能力と効率が向上する。さらには、第１切換弁１３と、第２切換弁１４の各々の流路切換周波数を調整することにより、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の各冷凍能力を各々簡単に調整できる。
【００８６】
また、第１切換弁１３と、第２切換弁１４の流路切換周波数を同一にする場合は、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０を流動するヘリウムの流れの位相が、互に１８０°ずれるように第１切換弁１３と、第２切換弁１４を作動させる。これにより、第１蓄冷器２１を往復流動するヘリウムの流れ方向は、第２高温側蓄冷器４１を往復流動するヘリウムの流れ方向に対して逆方向の対向流になる。従って、第２高温側蓄冷器４１のヘリウムが高温端４１ｅから低温端４１ｆへ流れている時は、共有内筒２１ｂの内周面近傍を流れる第２高温側蓄冷器４１のヘリウム（これから膨張するヘリウム）と、共有内筒２１ｂの外周面近傍を流れる第１蓄冷器２１のヘリウム（既に膨張し終え冷えたヘリウム）との温度差は、同位相の並行流に比べて増加する。また、共有内筒２１ｂの内周面と外周面に作用するヘリウムの差圧は従来技術に比べ減少しているので、共有内筒２１ｂの管壁を薄くでき、共有内筒２１ｂの熱容量と径方向の熱抵抗は減少する。従って、共有内筒２１ｂの管壁を介して交換される熱量、即ち冷却量は増大するので、第２高温側蓄冷器４１の蓄冷熱損失の補償量は、実施例１のパルス管冷凍機１（図１）より増加する。結果、第２冷凍発生部４０の冷凍能力は蓄冷熱損失の補償量分増大すると共に、冷凍能力の増大により第２冷凍発生部４０の効率が向上する。
【００８７】
尚、第２高温側蓄冷器４１のヘリウムが低温端４１ｆから高温端４１ｅへ流れている時は、共有内筒２１ｂの内周面近傍を流れる第２低温側蓄冷器４２のヘリウム（既に膨張し終え冷えたヘリウム）と、共有内筒２１ｂの外周面近傍を流れる第１蓄冷器２１のヘリウム（これから膨張するヘリウム）との温度差は、同位相の並行流に比べて減少する。しかし、第２低温側蓄冷器４２のヘリウムは既に膨張し終えているので冷却量は減少して良い。
【００８８】
また、上記の１８０°位相差の作動により、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０のいずれか一方の冷凍発生部へ圧縮機１０からヘリウムを供給している時は、他方の冷凍発生部からヘリウムが圧縮機１０へ戻される。従って、圧縮機１０の吐出流量は１サイクルにおいて平準化され減少するので、圧縮機１０は小型になる。また、吐出流量の減少により、圧縮機１０の消費電力も減少してパルス管冷凍機の効率が向上する。その他の作用と効果は、図１の実施例１のパルス管冷凍機１と同様である。
【実施例３】
【００８９】
図８は、本発明の実施例３に係るパルス管冷凍機の説明図である。図１のパルス管冷凍機１及び図７のパルス管冷凍機２と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図８に示すように、パルス管冷凍機３は、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０と、第１冷凍発生部２０用の第１圧力発生源１０３ａと、第２冷凍発生部４０用の第２圧力発生源１０３ｂとから構成される。
【００９０】
圧力発生源１０３ａは、圧縮機１１０と、第１切換弁１３と、配管１１１ａ、１１１ｂと、配管１１５とから構成され、作動ガスとしてヘリウムが充填される。圧縮機１１０の吸入口１１０ａは、配管１１１ａを介し第１切換弁１３のポート１３ａへ連通され、圧縮機１１０の吐出口１１０ｂは、配管１１１ｂを介し第１切換弁１３のポート１３ｂへ連通される。そして、第１切換弁１３のポート１３ｃは配管１１５の一端に接続され、他端は分岐して第１蓄冷器２１の高温端２１ｅの同一円周上に等分に接続される。
【００９１】
同様に、圧力発生源１０３ｂは、圧縮機１２０と、第２切換弁１４と、配管１２１ａ、１２１ｂと、配管１２５とから構成され、作動ガスとしてヘリウムが充填される。圧縮機１２０の吸入口１２０ａは、配管１２１ａを介し第２切換弁１４のポート１４ａへ連通され、圧縮機１２０の吐出口１２０ｂは、配管１２１ｂを介し第２切換弁１４のポート１４ｂへ連通される。そして、第２切換弁１４のポート１４ｃには配管１２５の一端が接続され、他端は第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅの中心部分に接続される。他の構成は、図１のパルス管冷凍機１と同じである。
【００９２】
パルス冷凍機２内の作動ガスは、共有内筒２１ｂにより第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０内では分離されている。従って、図１の実施例１と同じ理由により、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の所望の冷凍性能を得るための設計に要する工数が低減される。
【００９３】
パルス管冷凍機３は、それぞれ別装置である第１冷凍発生部２０用の圧縮機１１０と、第２冷凍発生部４０用の圧縮機１２０とを備えているので、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０のそれぞれに適した圧力を第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０に供給できる。そして、第２冷凍発生部４０は、第１冷凍発生部２０より低い温度、例えば略１５Ｋの冷凍を発生し、第１冷凍発生部２０は例えば略７０Ｋの冷凍を発生する。ところで、ヘリウムの定圧比熱は、温度略２５Ｋ辺りまでは温度降下と共に増加するが増加量は少なく、略２５Ｋ以下では温度降下と共に大幅に増加すると共に、温度と、圧力に依存するピークを持つ。一方、ヘリウムと熱交換するステンレスあるいは鉛などの蓄冷材の比熱は、一般的に温度低下と共に低下する。従って、ヘリウムと蓄冷材との比熱の観点から、例えば１５Ｋの冷凍を発生する第２冷凍発生部４０は、比較的低い圧力（例えば、封入圧１．６ＭＰａ）のヘリウムを封入する。これにより、第２冷凍発生部４０は高い効率で冷凍を発生できる。一方、例えば略７０Ｋの冷凍を発生する第１冷凍発生部２０は、比較的高い圧力（例えば、封入圧２ＭＰａ）のヘリウムを封入する。これにより、第２冷凍発生部４０は高い効率で冷凍を発生できる。以上により、冷凍能力が高く、効率の高いパルス管冷凍機３が得られる。
【００９４】
また、第１切換弁１３と、第２切換弁１４は、互に独立して作動できる。従って、第１切換弁１３と、第２切換弁１４の流路切換タイミングと、流路切換周波数を各々、適正（例えば、第１切換弁１３は３Ｈｚ、第２切換弁１４は１Ｈｚ）に設定することにより、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の冷凍能力と効率が向上する。
【００９５】
さらには、第１切換弁１３と、第２切換弁１４の各々の流路切換周波数を調整することにより、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の冷凍能力を各々簡単に調整できる。他の作動と効果は、実施例２の圧縮機１０（図７）の小型の効果と、小型に伴う圧縮機１０の消費電力減少の効果を除き、実施例２のパルス管冷凍機２（図７）と同じである。
【実施例４】
【００９６】
図９は、本発明の実施例４に係るパルス管冷凍機の説明図である。図１のパルス管冷凍機１と同じ部位、同じ部品は同じ符号を付す。図９に示すように、パルス管冷凍機４は、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０と、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０の共用の圧力発生源１０４とから構成される。
【００９７】
圧力発生源１０４は、ピストン１３３を往復駆動して作動ガスを圧縮する圧縮室１３１を有する圧縮機１３０と、圧縮室１３１へ連通する放熱器１３６と、放熱器１３６に接続される配管１３７とから構成される。
【００９８】
圧縮機１３０は、シリンダ１３２と、シリンダ１３２に往復動可能に挿設すると共に、対向配置した一対のピストン１３３、１３３と、一対のピストン１３３、１３３の互の対向面（以下、前面）の反対側の端面（以下、背面）に連結したロッド１３４に接続したリニアモータ１４０と、板バネ１３５とから構成される。板バネ１３５は、ロッド１３４の両端側に設けられピストン１３３をシリンダ１３２の内周面に対し微小間隙を持って往復動可能に支持する。そして、シリンダ１３２と、一対のピストン１３３、１３３の前面とで包囲して圧縮室１３１が形成される。圧縮室１３１は、シリンダ１３２の中央に設けた複数個の流路孔１３１ａを介し、シリンダ１３２の中央外周に配設した放熱器１３６へ連通する。放熱器１３６には配管１３７の一端が接続され、他端は第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅの中心部分に接続される。また、配管１３７は途中から分岐して第１蓄冷器２１の高温端２１ｅの同一円周上に等分に接続される。尚、圧縮室１３１は放熱器１３６へ連通しているが、放熱量が少ない場合は、放熱器１３６を設けず、圧縮室１３１を直接、配管１３７に接続しても良い。この場合、シリンダ１３２あるいは配管１３７が放熱器として作用し、圧縮熱を周囲に放熱する。以上により、パルス管冷凍機４は、スターリング型パルス管冷凍機を形成し、作動ガスとしてヘリウム等が充填される。他の構成は、図１のパルス管冷凍機１と同じである。
【００９９】
圧力発生源１０４は、実施例１等に示される切換弁１２（図１）を配備することなく、一対のピストン１３３、１３３が互いに近づく方向へ移動することにより、圧縮室１３１内のヘリウムを圧縮し流路孔１３１ａから吐出する。流路孔１３１ａから吐出された高圧のヘリウムは、放熱器１３６により圧縮熱を外部に放熱し、配管１３７を通過して第１蓄冷器２１の高温端２１ｅと、第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅへ流入する。
【０１００】
一対のピストン１３３、１３３が互に離れる方向へ移動すると、第１蓄冷器２１の高温端２１ｅと第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅとから配管１３７と、放熱器１３６を通過して流路孔１３１ａから圧縮室１３１へ低圧のヘリウムが流入する。第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０の作動は、図１のパルス管冷凍機１と同じである。
【０１０１】
パルス管冷凍機４内のヘリウムは、共有内筒２１により第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０内では分離されている。そして、圧縮室１３１は、配管１３７を介してそれぞれ第１冷凍発生部２０の第１蓄冷器２１の高温端２１ｅと、第２冷凍発生部４０の第２高温側蓄冷器４１の高温端４１ｅへと連通される。従って、図１のパルス管冷凍機１と同様に、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の所望の冷凍性能を得るための設計の工数が低減される。
【０１０２】
また、圧縮機１３０と、第１冷凍発生部２０及び第２冷凍発生部４０との間には図１の切換弁１２が省略される。従って、パルス管冷凍機４は、切換弁１２の流路切換のサイクルを高速（例えば、略３０Ｈｚ）にすると発生した場合に冷凍性能（冷凍能力、効率）の低下と、弁部分の摩耗による耐久性の低下と、騒音の不具合が解消されたものとなる。また、パルス管冷凍機４内のヘリウムは、共有内筒２１により第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部４０内では分離されているので、第１蓄冷器２１と、第２高温側蓄冷器４１を一体にした従来技術の蓄冷器に比べて、従来技術に比べて各蓄冷器２１、４１の流路断面積は減少する。各蓄冷器２１、４１の流路断面積が減少するので、圧縮機１３０の高速運転（例えば、略３０Ｈｚ）による作動ガスの往復移動量の減少に起因する各蓄冷器２１、４１内の偏流は抑制され、偏流による各蓄冷器２１、４１の熱損失は抑制される。以上により、圧縮機１３０は高速運転（例えば、略３０Ｈｚ）可能になり、高速運転により第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０の冷凍能力が増大する。
【０１０３】
また、高速運転により単位時間あたりの第１膨張室２９と、第２膨張室４７において発生する冷凍量は増大するので、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部４０は小型になる。
【０１０４】
また、ロッド１３４に設けた板バネ１３５により、ピストン１３３はシリンダ１３２の内周面に接触することなく微小間隙を持って往復動可能に支持されるので、ピストン１３３の往復動による摩耗は発生しない。従って、微小間隙からのヘリウムの漏れ量の増大と、摩耗粉によるガス汚染とが阻止される。結果、パルス管冷凍機４の冷凍性能劣化は阻止され、パルス管冷凍機４の耐久性が向上する。その他の作用及び効果は、図１のパルス管冷凍機１と同じである。
【実施例５】
【０１０５】
図１０は、本発明の実施例５に係るパルス管冷凍機の説明図である。図７のパルス管冷凍機２と同じ部位、同じ部品は、同じ符号を付す。図１０に示すように、パルス管冷凍機５は、圧力発生源１０５と、第１冷凍発生部２０と、第２冷凍発生部７０とから構成される。
【０１０６】
パルス管冷凍機５は、第２冷凍発生部７０が図７のパルス管冷凍機２の第２冷凍発生部４０と異なる。即ち、第２冷凍発生部７０は、第２高温側蓄冷器７１と、熱損失補償用熱交換器６２に設けた放熱部６５と、第２低温側蓄冷器７２と、第２吸熱部７３と、第２パルス管７４の低温端７４ｂ（図示下端）とを順次連通すると共に、第２パルス管７４の高温端７４ａ（図示上端）に第２位相調整手段４５を接続する。そして第２パルス管７４は、第２高温側蓄冷器７１及び第２低温側蓄冷器７２の内側同軸に配置されると共に、熱損失補償用熱交換器６２の中心部分を貫通して、第２高温側蓄冷器７１の高温端７１ｅ（図示上端）から突出する。
【０１０７】
第２パルス管７４の低温端７４ｂと、第２パルス管７４の外側同軸に配置した外筒７２ｃの図示下端は共に、第２吸熱部７３の図示上面に気密固定される。
【０１０８】
第２低温側蓄冷器７２は、外筒７２ｃと、第２パルス管７４と、第２吸熱部７３とにより形成される容器７２ａに蓄冷材７２ｂを充填する。そして、外筒７２ｃの図示上端はブロック６２ａの図示下面に気密固定され、第２パルス管７４の軸方向中央部分はブロック６２ａに貫通固定される。そして第２パルス管７４内には、第２ガスピストン７４ｃが形成され、第２パルス管７４と、第２ガスピストン７４ｃと、第２吸熱部７３とにより第２膨張室７５が形成される。
【０１０９】
第２吸熱部７３は、第２低温側蓄冷器７２の低温端７２ｆ（図示下端）へ連通する複数個の孔７３ａと、第２パルス管７４の第２膨張室７５へ連通する孔７３ｂと、複数個の孔７３ａと孔７３ｂとを連通する流路７３ｃとを備える。
【０１１０】
第２高温側蓄冷器７１は、第２パルス管７４の外側同軸で熱損失補償用熱交換器６２のブロック６２ａに気密固定した共有内筒２１ｂと、第２パルス管７４と、ブロック６２ａとにより形成される容器７１ａ（第２容器）に蓄冷材７１ｂを充填する。
【０１１１】
熱損失補償用熱交換器６２には、放熱部６５と、図１と同じ第１吸熱部２３が設けられる。放熱部６５は、共有内筒２１ｂと第２パルス管７４の間のブロック６２ａの端面に複数個の孔６５ａ（流路）が開口され、孔６５ａを介して第２高温側蓄冷器７１の低温端７１ｆ（図示下端）と、第２低温側蓄冷器７２の高温端７２ｅ（図示上端）とが連通される。これにより、第１吸熱部２３は放熱部６５を冷却する。第１冷凍発生部２０の構成は、パルス管冷凍機２（図７）の第１冷凍発生部２０と同じである。
【０１１２】
圧力発生源１０５の構成は、図７の圧力発生源１０２の配管１７を配管１７ａに変更した点を除き、他の構成は圧力発生源１０２と同じである。即ち、配管１７ａの一端が第１切換弁１３のポート１３ｃに接続され、配管１７ａの他端側は分岐して第１蓄冷器２１の高温端２１ｅの同一円周上の複数箇所に接続される。
【０１１３】
パルス管冷凍機５は、第２パルス管７４を第２高温側蓄冷器７１と、第２低温側蓄冷器７２の内側同軸に設けることにより、第１冷凍発生部２０と第２冷凍発生部７０を合わせた冷凍発生部がパルス管冷凍機１（図１）より更に小型になる。これにより、パルス管冷凍機１に比べて被冷却側に設ける冷凍発生部の設置スペースが、更に減少できるパルス管冷凍機５を提供できる。
【０１１４】
また、第２パルス管７４は、共有内筒２１ｂと、熱損失補償用熱交換器６２と、第２低温側蓄冷器７２の外筒７２ｃとにより補強されているので、第２パルス管７４の耐振性が向上する。
【０１１５】
また、第２パルス管７４の途中は、熱損失補償用熱交換器６２に固定され、例えば略７０Ｋに冷却されている。従って、第２パルス管７４の高温端７４ａから侵入する伝導熱は、熱損失補償用熱交換器６２の第１吸熱部２３により吸熱されるので、第２パルス管７４を伝わって第２膨張室７５に侵入する伝導熱は低減され第２低温発生７０の冷凍能力が増大する。その他の作用と効果は、図１０のパルス管冷凍機６と同じである。他の作動と効果は、図１のパルス管冷凍機１及び図７のパルス管冷凍機３と同じである。
【実施例６】
【０１１６】
図１１は、本発明の実施例６に係るパルス管冷凍機の説明図である。図１０のパルス管冷凍機５と同じ部位、同じ部品は、パルス管冷凍機５と同じ符号を付す。図１１に示すように、パルス管冷凍機６は、圧力発生源１０６と、第１冷凍発生部８０と、第２冷凍発生部９０とから構成され、作動ガスとしてヘリウムを充填する。パルス管冷凍機６がパルス管冷凍機５（図１０）と異なるところは、第１蓄冷器８１が第２高温側蓄冷器９１の内側同軸に設けられ、これに伴い熱損失補償用熱交換器８２の第１吸熱部８３が放熱部８５の内側同軸に設けられる。
【０１１７】
第１冷凍発生部８０は、第１蓄冷器８１の低温端８１ｆ（図示下端）と、熱損失補償用熱交換器８２の第１吸熱部８３と、配管８４と、第１パルス管２６の第１膨張室２９を順次連通すると共に、第１パルス管２６の高温端２６ａに第１位相調整手段２７を接続する。
【０１１８】
第１蓄冷器８１は、第２パルス管７４の外側同軸に設けた共有内筒８１ｂと、第２パルス管７４と、熱損失補償用熱交換器８２のブロック８２ａとにより形成される容器８１ａ（第１容器）に蓄冷材８１ｃを充填する。
【０１１９】
第１吸熱部８３は、共有内筒８１ｂと第２パルス管７４の間のブロック８２ａの図示上面に複数個の孔８３ａ（流路）が開口される。そしてブロック８２ａの図示下面に複数個の孔８３ａを取囲むようにキャップ８３ｂを気密固着すると共に、キャップ８３ｂに配管８４の一端を接続し、他端を第１パルス管２６の低温端２６ｂに設けたヘッド２６ｄに接続する。
【０１２０】
第２冷凍発生部９０は、第２高温側蓄冷器９１の低温端９１ｆ（図示下端）と、熱損失補償用熱交換器８２に設けた放熱部８５と、第２低温側蓄冷器９２と、第２吸熱部７３と、第２パルス管７４の低温端７４ｂとを順次連通すると共に、第２パルス管７４の高温端７４ａを第２位相調整手段４５に接続する。
【０１２１】
第２高温側蓄冷器９１は、共有内筒８１ｂの外側同軸に設けた外筒９１ｃと、共有内筒８１ｂと、ブロック８２ａとにより形成される容器９１ａ（第２容器）に蓄冷材９１ｂを充填する。
【０１２２】
放熱部８５は、複数個の孔８３ａを取囲むと共に第２高温側蓄冷器９１へ連通する複数個の孔８５ａ（流路）をブロック８２ａの外周側に開口して形成される。複数個の孔８５ａを包囲するようにキャップ８５ｂが、ブロック８２ａの図示下面に気密固定される。そして第２高温側蓄冷器９１の低温端９１ｆは、複数個の孔８５ａと、キャップ８５ｂに形成される流路８５ｃを介して第２低温側蓄冷器９２の高温端９２ｅへ連通する。
【０１２３】
第２低温側蓄冷器９２の容器９２ａは、第２パルス管７４の図示下端と、第２パルス管７４の外側同軸に設けた外筒９２ｃの図示下端を第２吸熱部７３に気密固定して形成される。第２低温側蓄冷器９２は、容器９２ａに蓄冷材９２ｂを充填する。そして、第２パルス管７４の途中をブロック８２ａの中心部分に貫通して気密固定すると共に、外筒９２ｃの上端をキャップ８５ｂに気密固定する。第２低温側蓄冷器９２の低温端９２ｆは、順次第２吸熱部７３の複数個の孔７３ａと、流路７３ｃと、孔７３ｂを介し第２パルス管７４の低温端７４ｂへ連通する。
【０１２４】
第１切換弁１３のポート１３ｃは配管１７ａを介し第１蓄冷器８１の高温端８１ｅ（図示上端）へ連通し、第２切換弁１４のポート１４ｃは配管１８を介し第２高温側蓄冷器９１の高温端９１ｅ（図示上端）へ連通する。他の構成は、図１０のパルス管冷凍機５と同じである。
【０１２５】
第２パルス管７４は第１蓄冷器８１の内径側の壁を形成するので、第１蓄冷器８１の内径側の壁近傍を流動するヘリウムにより、第１蓄冷器８１を形成する第２パルス管７４の内周面近傍のヘリウムは冷却される。従って、第２パルス管７４内の第２ガスピストン７４ｃの往復移動に伴う熱損失は減少するので、第２膨張室７５へ侵入する損失熱は低減され第２低温発生９０の冷凍能力が増大する。その他の作用と効果は、図１０のパルス管冷凍機６と同じである。
【符号の説明】
【０１２６】
１、２、３、４、５、６  パルス管冷凍機
１０  圧縮機
１０ａ、１１０ａ、１２０ａ  吸入口
１０ｂ、１１０ｂ、１２０ｂ  吐出口
１２  切換弁
１２Ｈ、１３Ｈ、１４Ｈ  流路（高圧流路）
１２Ｌ、１３Ｌ、１４Ｌ  流路（低圧流路）
１３  第１切換弁
１４  第２切換弁
２０、８０  第１冷凍発生部
２１、８１  第１蓄冷器
２１ａ、８１ａ  容器（第１容器）
２１ｆ、４１ｆ、８１ｆ  低温端
２２、６２、８２  熱損失補償用熱交換器
２３、８３  第１吸熱部
２３ａ、２５ａ、６５ａ、８３ａ、８５ａ  孔（流路）
２５、６５、８５  放熱部
２６  第１パルス管
２６ａ、４４ａ、７４ａ  高温端
２７  第１位相調整手段
４０  第２冷凍発生部
４１、７１、９１  第２高温側蓄冷器
４１ａ、７１ａ、９１ａ  容器（第２容器）
４２、７２、９２  第２低温側蓄冷器
４２ｅ、７２ｅ、９２ｅ  高温端
４３、７３  第２吸熱部
４４、７４  第２パルス管
４５  第２位相調整手段
１１０  第１圧縮機
１２０  第２圧縮機
５２  被冷却体
７２ｃ、９２ｃ  外筒
１０１、１０２、１０４、１０５、１０６  圧力発生源
１０３ａ  第１圧力発生源
１０３ｂ  第２圧力発生源
１３１  圧縮室
１３２  シリンダ
１３３  ピストン
１４０  駆動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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