(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧力振動源と、蓄冷器と、コールドヘッドと、パルス管と、第１位相調節機構とを直列接続し、作動ガスの往復動と圧力の位相差を利用して
前記コールドヘッドにおいて冷凍を発生するパルス管冷凍機において、
前記圧力振動源と前記パルス管の室温端部とが開閉弁のみを介して連結されており、前記コールドヘッドの冷凍時には前記開閉弁を閉じた状態とし、前記コールドヘッドの昇温時には前記開閉弁を開いた状態で運転されることを特徴とする、パルス管冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パルス管冷凍機に係り、特に迅速な昇温が可能なパルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構成が比較的簡単で到達温度の低い冷凍機としてパルス管冷凍機が知られている。このパルス管冷凍機の基本的な冷凍原理は、圧力振動源により作動ガスを往復動させるとともに、位相調節機構により作動ガスの往復動と圧力の変化に位相差をもたせ、それにより、作動ガスの往復動中、一端で熱を奪い、他端で熱を吐き出す動作を蓄冷器内で連続的に行わしめ、蓄冷器の片側に連結しているコールドヘッドにおいて冷凍を発生させるものである。
【０００３】
ところで、このパルス管冷凍機を利用した機器として例えばクライオポンプがある。クライオポンプでは、冷凍機のコールドヘッドに取り付けられた吸着パネルに気体分子を吸着させることにより高真空状態を得ているが、吸着パネルに一定量以上の気体分子が吸着してしまうとそれ以上気体分子を吸着することができず、そのままではこれ以上の高真空状態を得ることができない。そのため迅速に吸着パネルを昇温させ、吸着した気体分子を外部に放出させなければならない。
【０００４】
上記吸着パネルの昇温が必要なとき、従来は真空容器を電気ヒータ等で昇温し、その真空容器内壁から吸着パネルへの輻射により吸着パネルを昇温する方法、コールドヘッドに電気ヒータを取り付け、吸着パネルを昇温する方法等が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の輻射による昇温は間接的であり時間を要し、また真空容器を昇温させるので、容器のシール部品等の材質が制限される。コールドヘッドに取り付けた電気ヒータによる昇温では、真空容器中へ電気ヒータ用導線の導入が必要であり、装置構成が複雑となり、また真空容器内の導線のメンテナンスも必要である。また電気ヒータ等の外部昇温機構をパルス管冷凍機に付属させるとなると、装置が大型化し、スペース的に不利であり、またコスト的にも高くなる。故に、本発明は、外部温度調節機構を用いず、迅速な昇温を実現できるパルス管冷凍機を提供することを技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する）は、少なくとも圧力振動源と、蓄冷器と、コールドヘッドと、パルス管と、第１位相調節機構とを直列接続し、作動ガスの往復動と圧力の位相差を利用して前記コールドヘッドにおいて冷凍を発生するパルス管冷凍機において、前記圧力振動源と前記パルス管の室温端部とが開閉弁のみを介して連結されており、前記コールドヘッドの冷凍時には前記開閉弁を閉じた状態とし、前記コールドヘッドの昇温時には前記開閉弁を開いた状態で運転することを特徴とする、パルス管冷凍機としたことである。
【０００８】
【作用】
上記第１の技術的手段によれば、圧力振動源とパルス管の室温端とを開閉弁を介して連結し、コールドヘッドにおいて冷凍を発生させる場合には開閉弁を閉じた状態で運転し、コールドヘッドを昇温させる場合には開閉弁を開いた状態で運転するようにした。通常のパルス管冷凍機において、第１位相調節機構は圧力振動源による作動ガスの動きと圧力変化に位相差をつけるため、オリフィス等により作動ガスの流路が絞られている。従って、冷凍運転時に上記開閉弁を閉じて運転することにより、第１位相調節機構によって生じる位相差に従って作動ガスが往復動し、コールドヘッドにおいて冷凍を発生する。一方、コールドヘッドを昇温させたいときには上記開閉弁を開いて運転する。これにより作動ガスの位相差はさらに大きく変化する。すると通常の冷凍動作ではコールドヘッド付近の熱を作動ガスが奪っていたものが、コールドヘッド付近に熱を吐き出す動作を実現できる。さらに、パルス管内のガスの変位が大きくなり、パルス管の室温端部から低温端部への熱流入量が大きくなる。このように、開閉弁を開いた状態で運転することにより、
・位相差が冷凍時から大きく変化して、コールドヘッド部分において作動ガスが熱を吐き出すようになる。
【０００９】
・パルス管内のガスの変位が大きくなり、パルス管室温端部からの熱流入量が大きくなる
上記２つの作動ガスの作用により、コールドヘッドが迅速に昇温される。
【００１１】
【実施例】
図１に、本発明の第１実施例を示す。圧力振動源１は、導管７により蓄冷器２に連結される。蓄冷器２はさらにコールドヘッド３に、コールドヘッド３はパルス管４に連結される。パルス管４は、低温端部５でコールドヘッド３と連結される。パルス管４の室温端部６は、導管８に連結され、オリフィス９を介してバッファタンク１０に連通する。ここで、オリフィス９とバッファタンク１０により、第１位相調節機構１１を形成する。
【００１２】
導管７と導管８を開閉バルブ１３を介して昇温用配管１２で連結する。開閉バルブ１２が開いた状態における流路径は作動ガスの通過がスムーズに行い得るよう充分に大きいものとする。
【００１３】
次に、本実施例における、パルス管冷凍機の冷凍動作について説明する。
【００１４】
圧力振動源１により圧縮された作動ガスは、蓄冷器２、コールドヘッド３及びパルス管４の夫々の位置で移動しながら熱を吐き出す。一方、圧力振動源１により作動ガスが膨張すると、冷凍機内のヘリウム等の作動ガスの圧力が下がり、作動ガスは、蓄冷器２、コールドヘッド３及びパルス管４の夫々の位置で移動しながら熱を吸い込む。ここで、第１位相調節機構であるバッファタンク１０、オリフィス９により、作動ガスの圧力変化と作動ガスの動きとの位相を調節し、主に蓄冷器２内の作動ガスが現在の位置から一方に動いてその位置に存在する蓄冷材から熱を吸い、他方に動いてその位置に存在する蓄冷材に熱を吐くことを実現できる。
【００１５】
つまり、蓄冷器２内に分布している作動ガスが夫々の位置で往復動しながら蓄冷材に対して熱の吸い吐きを行うことで、熱は蓄冷器２の中を低温側から高温側へ汲み上げられていく。その結果、蓄冷器２の低温側に連結されるコールドヘッド３の温度が下がって冷凍を発生すると共に、高温側に熱が輸送されて外部に放出される。このように、位相調節系を用いて作動ガスの圧力変化と作動ガスの動きとの位相を調節することにより、効率良く熱を汲み上げることが可能になる。
【００１６】
またこの冷凍動作中は、昇温用配管１２の途中に設けられた開閉バルブは閉じておく。
【００１７】
次に、パルス管冷凍機を昇温する場合の、昇温動作についてであるが、本実施例においては、昇温用配管１２の途中に設けられた開閉バルブ１３を開くのみでよい。開閉バルブ１３を開くと、作動ガスの動きと圧力変化との位相差が変化する。冷凍発生時には、蓄冷器２内の作動ガスがコールドヘッド３に近い側に移動したときに熱を吸い、圧力振動源１に近い側に移動したときに熱を吐き出すように位相を調節していたが、さらに位相差を変化させることにより、逆の動作、即ち、圧力振動源１に近い側に作動ガスが移動したときに熱を吸い、コールドヘッド３に近い側に移動したときに熱を吐き出す動作を実現できる。従って、コールドヘッド３に熱が与えられることになり、コールドヘッド３は昇温される。また、開閉バルブ１３の作動ガス流路は充分大きく設定されているため、圧力振動源１からの作動ガスは、開閉バルブ１３を通ってパルス管４内に多量に侵入し、パルス管４内の作動ガスの変位が大きくなり、パルス管４の室温端部６付近の熱がコールドヘッド３内に多量に供給され、コールドヘッド３が昇温される。
【００１８】
上記２つの作動ガスの動作により、コールドヘッド３を迅速に昇温させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、以下の如く効果を有する。
【００２２】
圧力振動源とパルス管の室温端部を、開閉弁のみを介して連結し、コールドヘッドにおいて冷凍を発生させる場合には開閉弁を閉じた状態で運転し、コールドヘッドを昇温させる場合には開閉弁を開いた状態で運転するようにした。これにより、パルス管冷凍機の迅速な昇温が可能となり、クライオポンプ等に利用する場合、昇温のための付属物が不必要となり、装置の簡素化、コストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるパルス管冷凍機の全体図である。
【図１】
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