(57)【要約】【課題】冷媒ガスの熱損失が生じにくく、良好な冷凍能力を有するパルスチューブ冷凍機を提供することを目的とする。【解決手段】冷媒ガスを高圧にして送出し、低圧の冷媒ガスを吸引する圧縮機と、内部に蓄冷材を充填した蓄冷管と、内部が中空であるパルス管と、前記圧縮機と前記蓄冷管との間に設けられた吸気バルブおよび排気バルブと、を有するパルスチューブ冷凍機であって、前記パルス管の一部を形成する壁、および前記パルス管の一部と当接する壁の一方あるいは双方を有し、いずれかの壁の少なくとも一部には、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。【選択図】図４
2008275220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを高圧にして送出し、低圧の冷媒ガスを吸引する圧縮機と、内部に蓄冷材を充填した蓄冷管と、内部が中空であるパルス管と、前記圧縮機と前記蓄冷管との間に設けられた吸気バルブおよび排気バルブと、を有するパルスチューブ冷凍機であって、
前記パルス管の一部を形成する壁、および前記パルス管の一部と当接する壁の一方あるいは双方を有し、
いずれかの壁の少なくとも一部には、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項２】
冷媒ガスを高圧にして送出し、低圧の冷媒ガスを吸引する圧縮機と、内部に蓄冷材を充填した蓄冷管と、内部が中空であるパルス管と、前記圧縮機と前記蓄冷管との間に設けられた吸気バルブおよび排気バルブと、ハウジングと、を有し、前記パルス管が前記ハウジングに連結されたパルスチューブ冷凍機であって、
前記ハウジングは、前記パルス管の一部を形成するハウジング壁、および前記パルス管の一部と当接するハウジング壁の一方あるいは双方を有し、
前記ハウジング壁の少なくとも一部には、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項３】
さらに、ハウジングとパルス管とを連結するフランジを備え、
前記フランジは、前記パルス管の一部を形成するフランジ壁、および前記パルス管の一部と当接するフランジ壁の一方あるいは双方を有し、
該フランジ壁の少なくとも一部に、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とする請求項２に記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項４】
フランジを介してハウジングに連結されたパルス管を有するパルスチューブ冷凍機であって、
前記フランジは、前記パルス管の一部を形成するフランジ壁、および前記パルス管の一部と当接するフランジ壁の一方あるいは双方を有し、
いずれかのフランジ壁の少なくとも一部に、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項５】
前記熱遮蔽部材は、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭化珪素系繊維強化プラスチック（ＳｉＣ−ＦＲＰ）、発泡スチロールおよび発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）を含む群から選定された、少なくとも一つの材料で構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスチューブ冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
極低温環境が必要となる装置、例えば、核磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）等を冷却する際には、従来よりパルスチューブ冷凍機が使用されている。
【０００３】
図１には、パルスチューブ冷凍機の一例として、２段式パルスチューブ冷凍機の概略構成図を示す。２段式パルスチューブ冷凍機１０は、ハウジング部１と、該ハウジング部１に連結されたシリンダ部２とを備えている。
【０００４】
ハウジング部１は、内部に、リザーバ、オリフィス、バルブおよび配管等の部材を収容するハウジング５で構成されている。ハウジング部１には、圧縮機３からヘリウムガス等の冷媒ガスが所定の周期で高圧流入され、低圧排気される。
【０００５】
シリンダ部２は、フランジ１１を介してハウジング部１と連結されている。シリンダ部２は、１段パルス管１２および２段パルス管１３を有し、これらのパルス管は、上端（高温端）がフランジ１１に固定されている。さらに、シリンダ部２は、１段蓄冷管１４と、２段蓄冷管１６とを有し、２段蓄冷管１６は、前記１段パルス管１２および１段蓄冷管１４の下端に連結された１段冷却ステージ１５に、上端が連結されている。また、２段パルス管１３と２段蓄冷管１６の下端には、２段冷却ステージ１７が連結されている。なお、１段蓄冷管１４の上端は、１段パルス管１２および２段パルス管１３と同様に、フランジ１１に固定されている。また、１段パルス管１２の上端（高温端）および下端（低温端）には、それぞれ、整流材１２Ａおよび１２Ｂが連結され、２段パルス管１３の上端（高温端）および下端（低温端）には、それぞれ、整流材１３Ａおよび１３Ｂが連結されている。
【０００６】
なお、このようなパルスチューブ冷凍機において、パルスチューブ冷凍機の全長が長くなると、この冷凍機を被冷却装置に設置したり、取り外したりするハンドリング操作が難しくなる。そこで、ハウジング５内に空間を定形し、１段パルス管１２または２段パルス管１３の上端（高温端）の一部をこの空間で代用させることにより、パルスチューブ冷凍機の全長を短くすることが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−１５６０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように、ハウジング内にパルス管用の空間を定形した場合、そのようなハウジング５の空間では、パルス管内を流通する冷媒ガスと、空間を定形するハウジングの壁部とが接触することになる。ここで、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のハウジング部１は、ほぼ室温であるのに対して、冷媒ガスは、比較的低温になっている。従ってハウジング壁では、熱の移動が生じやすく、これにより冷媒ガスに熱損失が生じる。
【０００８】
また、そのような冷媒ガスとハウジング壁の接触状態では、冷媒ガスの特性は、周囲環境の変化（例えば温度変化）の影響を受けやすくなる。このことは、例えば、オリフィスの開閉のタイミングの設定など、パルスチューブ冷凍機を作動させる際の設定が、冷媒ガスのある特性を想定して最適化されていた場合、周囲環境の変化によって、実際のパルスチューブ冷凍機の動作が、最適な状態からずれてしまうことを意味する。
【０００９】
従って、ハウジング内にパルス管用の空間を定形した場合、最終的に得られるパルスチューブ冷凍機の冷凍能力が低下してしまうという問題が生じる。
【００１０】
また、ハウジング内にそのようなパルス管用の空間を有さない、より一般的な（すなわち図１に示す構成の）パルスチューブ冷凍機においても、フランジが厚くなると、フランジとパルス管との接触部を介した熱移動による熱損失が無視できなくなる。従って、そのようなパルスチューブ冷凍機においても、前述のような冷凍能力の低下の問題は、同様に生じ得る。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、冷媒ガスと周囲部材との間での熱伝導による冷媒ガスの熱損失が生じにくく、良好な冷凍能力を有するパルスチューブ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】
【００１２】
本発明では、冷媒ガスを高圧にして送出し、低圧の冷媒ガスを吸引する圧縮機と、内部に蓄冷材を充填した蓄冷管と、内部が中空であるパルス管と、前記圧縮機と前記蓄冷管との間に設けられた吸気バルブおよび排気バルブと、を有するパルスチューブ冷凍機であって、前記パルス管の一部を形成する壁、および前記パルス管の一部と当接する壁の一方あるいは双方を有し、いずれかの壁の少なくとも一部には、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。
【００１３】
また、本発明では、冷媒ガスを高圧にして送出し、低圧の冷媒ガスを吸引する圧縮機と、内部に蓄冷材を充填した蓄冷管と、内部が中空であるパルス管と、前記圧縮機と前記蓄冷管との間に設けられた吸気バルブおよび排気バルブと、ハウジングと、を有し、前記パルス管が前記ハウジングに連結されたパルスチューブ冷凍機であって、前記ハウジングは、前記パルス管の一部を形成するハウジング壁、および前記パルス管の一部と当接するハウジング壁の一方あるいは双方を有し、前記ハウジング壁の少なくとも一部には、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。
【００１４】
ここで、パルスチューブ冷凍機は、さらに、ハウジングとパルス管とを連結するフランジを備え、前記パルス管の一部を形成するフランジ壁、および前記パルス管の一部と当接するフランジ壁の一方あるいは双方を有し、該フランジ壁の少なくとも一部に、熱遮蔽部材が設置されても良い。
【００１５】
また、本発明では、フランジを介してハウジングに連結されたパルス管を有するパルスチューブ冷凍機であって、前記フランジは、前記パルス管の一部を形成するフランジ壁、および前記パルス管の一部と当接するフランジ壁の一方あるいは双方を有し、いずれかのフランジ壁の少なくとも一部に、熱遮蔽部材が設置されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。
【００１６】
なお、前記熱遮蔽部材は、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭化珪素系繊維強化プラスチック（ＳｉＣ−ＦＲＰ）、発泡スチロールおよび発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）を含む群から選定された、少なくとも一つの材料で構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、冷媒ガスが流通するパルス管の一部を形成する壁、および／またはパルス管の一部と当接する壁の少なくとも一部に、熱遮蔽部材を設けたため、前述のような冷媒ガスの熱損失の問題が生じにくく、良好な冷凍能力を有するパルスチューブ冷凍機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面により本発明の形態を説明する。
【００１９】
図２には、本発明によるパルスチューブ冷凍機の一構成例の概略図を示す。なお、図２の実施形態では、本発明によるパルスチューブ冷凍機は、２段式のパルスチューブ冷凍機であるが、本発明は、この形態に限られるものではない。また、本発明による２段式パルスチューブ冷凍機の基本的部分の構成は、従来のもの（例えば、図１に示す２段式パルスチューブ冷凍機１０）と同様であるので、以降の記載では、その特徴的構成を中心に説明する（従って、図２において、図１と同様の構成部品には、同様の参照符号が付されていることに留意する必要がある）。
【００２０】
本発明による２段式パルスチューブ冷凍機１００は、前述のように、ハウジング部１と、該ハウジング部１にフランジ１１を介して連結されたシリンダ部２とを備えている。
【００２１】
ハウジング部１は、ハウジング５を有し、このハウジング５は、内部に１段リザーバ２２および２段リザーバ２３を有し、これらのリザーバ２２および２３は、ガス配管２１を介して、それぞれ、１段パルス管１２および２段パルス管１３に連通されている。また、ハウジング５には、冷媒ガスを高圧にして送出し、低圧の冷媒ガスを吸引する圧縮機３に接続されたガス配管に介設されている吸気バルブ２４Ａおよび排気バルブ２４Ｂが収容されている。さらに、ハウジング５には、１段パルス管１２および２段パルス管１３において、周期的に変化する冷媒ガスの変動圧力と体積流量との位相差を調整し、両パルス管の低温端に適切に寒冷を発生させるため、４箇所に設置されたオリフィス２５が格納されている。なお、ハウジング５は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている。
【００２２】
一方、シリンダ部２の基本的な構成については、背景技術の部分に記載されているため、その説明は省略するが、１段蓄冷管１４は、例えばステンレス鋼の中空状のシリンダと、その内部に充填された銅やステンレス鋼製金網等の蓄冷材とからなる。また、１段パルス管は、例えばステンレス鋼の中空状のシリンダからなる。１段冷却ステージ１５には、その内部にガス流通路が形成されており、１段パルス管１２の低温端（下端）と１段蓄冷管１４の低温端（下端）とは、ガス流路を介して接続されている。１段冷却ステージ１５は、図示しない被冷却物に熱的および機械的に接続され、寒冷が被冷却物に取り出される。
【００２３】
また、２段蓄冷管１６は、例えばステンレス鋼の中空状のシリンダと、その内部に充填された銅やステンレス鋼製金網等の蓄冷材からなる。２段パルス管１３は、例えばステンレス鋼の中空状のシリンダからなる。２段冷却ステージ１７には、その内部にガス流通路が形成されており、２段パルス管１３の低温端と２段蓄冷管１６の低温端とは、ガス流路を介して接続されている。２段冷却ステージ１７は、図示しない被冷却物に熱的および機械的に接続され、寒冷が被冷却物に取り出される。
【００２４】
ここで、図２に示すように、本発明によるパルスチューブ冷凍機１００は、２段パルス管１３の一部（高温端）が、ハウジング２の内部に定形された構成になっている。すなわち、ハウジング２の内部には、２段パルス管１３の内径と同等の直径を有する空間２６が形成されており、シリンダ部２がフランジ１１を介して、ハウジング部１と連結された際には、この空間２６が、２段パルス管１３の上部側（高温端）を形成するようになっている。ハウジング５内にこのような空間２６を設けた場合、２段パルス管１３自身の全長を短くすることなく、シリンダ部２さらにはパルスチューブ冷凍機自身をコンパクト化することができる。
【００２５】
なお、この図の例では、２段パルス管１３の一部がハウジング５内に定形される構成となっているが、本発明のパルスチューブ冷凍機は、これに加えてまたはこれとは別に、１段パルス管１２の一部がハウジング２内に定形される構成であっても良い。
【００２６】
次に、本発明によるパルスチューブ冷凍機１００の一般的な作動方法について、簡単に説明する。まず、吸気バルブ２４Ａが開状態、排気バルブ２４Ｂが閉状態になると、高圧の冷媒ガス（ヘリウムガス）が、圧縮機３から１段蓄冷管１４に流入する。冷媒ガスは、１段蓄冷管１４内の蓄冷材により冷却されて温度を下げながら、１段蓄冷管１４の低温端から１段冷却ステージ１５内に定形されたガス流通路を通り、１段パルス管１２の内部に流入する。１段パルス管１２の内部に既に存在していた低圧の冷媒ガスは、流入した高圧の冷媒ガスにより圧縮されるため、１段パルス管１２の圧力が１段リザーバ２２内よりも高くなり、冷媒ガスは、オリフィス２５およびガス流路２１を通って、１段リザーバ２２へ流入する。
【００２７】
また、１段蓄冷管１４で冷却された高圧の冷媒ガスの一部は、２段蓄冷管１６に流入する。冷媒ガスは、２段蓄冷管１６内の蓄冷材により冷却されて温度を下げながら、２段蓄冷管１６の低温端から２段冷却ステージ１７内に定形されたガス流通路を通り、２段パルス管１３の内部に流入する。さらに冷媒ガスは、オリフィス２５およびガス流路２１を通って２段リザーバ２３へ流入する。
【００２８】
次に、吸気バルブ２４Ａを閉じ、次いで排気バルブ２４Ｂを開くと、１段パルス管１２および第２段パルス管１３の冷媒ガスは、１段蓄冷管１４の高温端から排気バルブ２４Ｂを通って圧縮機３に戻る。１段パルス管１２と１段リザーバ２２との間、および２段パルス管１３と２段リザーバ２３との間は、オリフィス２５を介して接続されているため、圧力変動の位相と冷媒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、１段パルス管１２の低温端および２段パルス管１３の低温端において、冷媒ガスの膨張による寒冷が発生する。パルスチューブ冷凍機１００は、上記の動作が反復されることで冷凍機として機能する。
【００２９】
ここで本発明では、２段パルス管１３の高温端を定形する空間２６の少なくとも一部に、熱遮蔽部材３０（図の明瞭化のため、図２には示されていない）が設置されていることを特徴とする。
【００３０】
以下、この特徴について、さらに詳しく説明する。図３には、従来の２段パルス管の上端側（高温端）を模式的に示した拡大図を示す。また、図４には、本発明による２段パルス管の上端側（高温端）を模式的に示した拡大図を示す。
【００３１】
図３に示すように、ハウジング５の内部に空間２６を有する、通常の２段式パルスチューブ冷凍機では、空間２６は、ハウジング壁３５によって定形されている。しかしながら、このような構成では、２段パルス管１３内を流通する冷媒ガスは、ハウジング５において、空間２６を定形するハウジング壁３５と直接接触することになる。ここで、ハウジング５は、ほぼ室温であるのに対して、冷媒ガスは、比較的低温になっている。従って、空間２６では、ハウジング壁３５を介した熱の移動が生じやすく、そのような熱移動によって冷媒ガスの熱損失が発生する。このような冷媒ガスの熱損失は、パルスチューブ冷凍機の冷凍能力の低下につながる。
【００３２】
また、そのようなハウジング壁３５と冷媒ガスの接触状態では、冷媒ガスの特性は、ハウジング側、すなわち周囲環境の変化に対してより敏感になり、例えば周囲温度のような周囲環境の僅かの変化に対しても、大きな影響を受けるようになる。このことは、例えば、オリフィスの開閉のタイミングの設定など、パルスチューブ冷凍機を作動させる際の設定が、冷媒ガスのある状態を基準に最適化されていた場合、そのような周囲環境の僅かの変化によって、実際のパルスチューブ冷凍機の作動状態が、最適な状態からずれてしまうことを意味する。従ってこの場合、最終的に得られるパルスチューブ冷凍機の冷凍能力が低下してしまうという問題が生じる。
【００３３】
これに対して、本発明によるパルスチューブ冷凍機では、図４に示すように、ハウジング５に空間２６を定形するハウジング壁３５の内周面に、円筒状の熱遮蔽部材３０が設置されている点に特徴がある。ここで熱遮蔽部材３０は、熱伝導率が低い材料で構成されている。このような熱遮蔽部材３０を設置した場合、２段パルス管１３を介して空間２６内を流通する冷媒ガスは、この空間で熱遮蔽部材３０と接触することになる。この場合、冷媒ガスが、ハウジング２を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金等のような熱伝導率の高い金属と直接接触することが防止され、これにより冷媒ガスの熱損失が有意に抑制される。従って、ハウジング５内に空間を定形することによって生じ得る、パルスチューブ冷凍機の冷凍能力の低下を回避することが可能になる。
【００３４】
なお、上記例では、熱遮蔽部材３０は、ハウジング壁３５の内周を取り囲むようにして設置されている。しかしながら、熱遮蔽部材３０がハウジング壁３５の内周面の少なくとも一部に設置されていれば、程度の差はあれ、同様の効果を得ることができることは当業者には明らかである。
【００３５】
ここで、本発明において利用される熱遮蔽部材３０は、熱伝導率がステンレス鋼よりも低い材料で構成されることが好ましい。例えば、熱遮蔽部材３０は、樹脂等の有機高分子材料、またはガラス等のセラミックスで構成されても良い。熱遮蔽部材３０は、特に、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭化珪素系繊維強化プラスチック（ＳｉＣ−ＦＲＰ）、ポリエチレンおよびポリスチレン等の発泡スチロール、ならびに発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）等で構成されることが好ましい。
【００３６】
次に、本発明の別の実施形態を説明する。図５は、本発明に係る別の実施形態を示したものである。この図には、図３および４と同様の箇所、すなわち２段式パルスチューブ冷凍機の２段パルス管１３の高温端の拡大図が模式的に示されている。
【００３７】
この実施形態では、前述の熱遮蔽部材３０は、ハウジング２内に定形された空間２６を構成するハウジング壁３５の周囲ではなく、フランジ１１の貫通開口４４を定形するフランジ壁４５の周囲に設置されている。すなわち、フランジ１１の貫通開口４４に挿設された２段パルス管１３の外周面は、熱遮蔽部材３０と当接される。
【００３８】
通常、２段パルス管１３の外周面は、フランジ１１の貫通開口４４を定形するフランジ壁４５と直接接触している。また、フランジ１１は、通常ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で構成されている。従って、２段パルス管１３とフランジ１１との接触部においても、前述のような冷媒ガスの熱損失の問題は生じ得る。特に、フランジ１１が厚い場合には、フランジ１１と２段パルス管１３（より正確には、２段パルス管１３を構成するシリンダ部材の外周面）との接触部を介した熱移動による熱損失が無視できなくなる。
【００３９】
しかしながら、この実施形態では、２段パルス管１３の外周面は、貫通開口４４の周囲に設置された熱伝導率の低い熱遮蔽部材３０と当接されている。このため、フランジ１１と２段パルス管１３の当接箇所において、２段パルス管１３を流通する冷媒ガスの熱損失を抑制することができる。
【００４０】
この実施形態は、特に、厚いフランジ１１を有するパルスチューブ冷凍機に適用することが好ましい。なお、この実施形態は、ハウジング５内にパルス管の一部を構成する空間２６を有さない、すなわち図１に示したような、より一般的なパルスチューブ冷凍機に適用することも可能である。また、この実施形態の場合も、熱遮蔽部材３０は、必ずしもフランジ壁４５の内周面全体に設置されている必要はなく、フランジ壁４５の内周面の少なくとも一部に設置されていれば良い。
【００４１】
図６には、本発明のさらに別の実施形態を示す。この実施形態は、前述の２つの実施形態の複合型である。すなわち、この実施形態では、空間２６を定形するハウジング壁３５の周囲と、フランジの貫通開口４４を定形するフランジ壁４５の周囲の両方に、熱伝導率の低い熱遮蔽部材３０が設置される。
【００４２】
この形態では、ハウジング壁３５およびフランジ壁４５の両方を介した冷媒ガスの熱損失を抑制することができるため、パルスチューブ冷凍機の冷凍特性をより一層良好な状態に維持することができる。
【００４３】
図７には、本発明のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、フランジ１１の開口４４に挿入された２段パルス管１３の内側に段差が設けられており、この２段パルス管１３の段差に、熱遮蔽部材３０の先端が挿入される。この形態では、パルス管１３と熱遮蔽部材３０との接合を容易に行うことができる。
【００４４】
なお、以上の実施形態では、ハウジング５内に空間２６を定形するハウジング壁３５が、冷媒ガスの流通路（２段パルス管１３）の一部として利用される場合を例に、本発明の特徴を説明した。しかしながら、本発明の実施形態は、このような構成に限られるものではない。例えば、図４において、ハウジング５内に定形される空間２６に、パルス管１３の上端が挿入されても良い。この場合、ハウジング壁３５は、２段冷却ステージ１７から空間２６まで延伸する２段パルス管１３を構成するシリンダ部材の一部と当接することになるが、この場合においても、ハウジング壁３５のパルス管１３と当接する箇所に熱遮蔽部材３０を設置することにより、前述の効果を得ることができる。
【００４５】
また逆に、図５および図６の態様では、フランジ１１の貫通開口４４に、パルス管１３が挿入されており、フランジ壁４５は、２段パルス管１３の外周面と当接している。しかしながら、フランジ１１の貫通開口４４を定形するフランジ壁４５自身が、冷媒ガスの流通路（２段パルス管１３）の一部として利用されても良い。この場合においても、貫通開口４４を定形するフランジ壁４５の周囲に熱遮蔽部材３０を設置することにより、前述の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、以上の実施形態では、一例として２段式パルスチューブ冷凍機について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、単段式パルスチューブ冷凍機および３段以上の多段式パルスチューブ冷凍機にも有効に適用できることは、当業者には明らかである。
【００４７】
このように本発明によるパルスチューブ冷凍機では、パルス管の一部を形成する壁、および／またはパルス管の一部と当接する壁の少なくとも一部に、熱遮蔽部材を設けたため、パルス管内を流通する冷媒ガスと、外部環境との間での熱伝導による熱損失が生じにくく、良好な冷凍能力を有するパルスチューブ冷凍機を提供することができる。
【００４８】
また、ハウジング内にパルス管の高温端を収容する空間を設けた場合には、シリンダ部の全長、さらにはパルスチューブ冷凍機の全長を短くすることが可能となり、被冷却装置に対する取り付け等のハンドリングが容易となる。
【００４９】
なお、上記記載では、ダブルインレットタイプのパルスチューブ冷凍機を例に本発明を説明したが、本発明は、オリフィスタイプまたは４バルブタイプのパルスチューブ冷凍機など、その他のタイプのパルスチューブ冷凍機に適用できることは言うまでもない。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例について説明する。
【００５１】
本発明による効果を確認するため、２種類の異なる２段式パルスチューブ冷凍機を製作し、冷凍能力を評価した。製作した２段式パルスチューブ冷凍機は、いずれもハウジング内部に、２段パルス管の高温端として代用される空間を有する形式のものである。ただし、この空間に、２段パルス管のシリンダ自身は、挿入されてはいない。なお、ハウジング内に形成したこの空間の寸法は、内径が２段パルス管の内径とほぼ同等であり、高さは、２段パルス管（ハウジング内に定形された空間を除く）の全長の８％とした。また、いずれの２段式パルスチューブ冷凍機においても、２段パルス管は、該２段パルス管を構成するシリンダの先端が、フランジ表面から突出しないように（より正確には、シリンダの先端がフランジの上面の高さレベルと実質的に一致するように）、フランジの貫通開口に挿入した。
【００５２】
第１のパルスチューブ冷凍機（実施例）は、２段パルス管が図４に示す高温端構造を有するものである。すなわち、第１のパルスチューブ冷凍機においては、ハウジング内の空間の内周面に、厚さが１．５ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）：ジュポン社）製の熱遮蔽部材が設置されている。ただし、フランジに挿入された２段パルス管と当接するフランジ壁には、熱遮蔽部材は設置されていない。一方、第２のパルスチューブ冷凍機（比較例）においては、いずれの箇所にも、熱遮蔽部材は設置されていない。
【００５３】
このような２種類のパルスチューブ冷凍機を用いて、冷凍能力の比較を行った。第１のパルスチューブ冷凍機（実施例）では、入力電源周波数が５０Ｈｚの場合、冷凍能力は、１Ｗ負荷時に４．１Ｋであった。また、入力電源周波数を６０Ｈｚに切り替えても、冷凍能力は、１Ｗ負荷時に４．１Ｋであり、入力電源周波数による変化は生じなかった。
【００５４】
一方、第２のパルスチューブ冷凍機（比較例）では、入力電源周波数が５０Ｈｚの場合、冷凍能力は、１Ｗ負荷時に４．１Ｋであったが、入力電源周波数を６０Ｈｚに切り替えると、冷凍能力は、１Ｗ負荷時に４．６Ｋとなった。この変化は、約３０％の冷凍能力の低下に相当する。この冷凍能力の低下は、入力電源周波数が変化することにより、パルス管内を流通する冷媒ガスの特性（特に、圧力と体積の位相関係）が変化し、パルスチューブ冷凍機のオリフィスの開閉のタイミング等が、最適な状態からシフトしたためであると考えられる。
【００５５】
このように、実施例に係るパルスチューブ冷凍機では、運転条件が変化しても、その変化が冷媒ガスの特性に及ぼす影響は小さく、冷凍能力等の特性を、良好な状態に維持することができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、核磁気共鳴診断装置、超伝導マグネット装置、クライオポンプ等の低温システムに適用される、例えば、１段式または多段式のパルスチューブ冷凍機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の２段式パルスチューブ冷凍機の一例を模式的に示した図である。
【図２】本発明による２段式パルスチューブ冷凍機の一例を模式的に示した図である。
【図３】従来の２段式パルス管の高温端の模式的な拡大断面図である。
【図４】本発明による２段式パルス管の高温端の模式的な拡大断面図である。
【図５】本発明による別の２段式パルス管の高温端の模式的な拡大断面図である。
【図６】本発明によるさらに別の２段式パルス管の高温端の模式的な拡大断面図である。
【図７】本発明によるさらに別の２段式パルス管の高温端の模式的な拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１      シリンダ部
２      ハウジング部
３      圧縮機
５      ハウジング
１０    ２段式パルスチューブ冷凍機
１１    フランジ
１２    １段パルス管
１２Ａ、１２Ｂ    整流材
１３    ２段パルス管
１３Ａ、１３Ｂ    整流材
１４    １段蓄冷管
１５    １段冷却ステージ
１６    ２段蓄冷管
１７    ２段冷却ステージ
２５    オリフィス
２６    空間
３０    熱遮蔽部材
３５    ハウジング壁
４４    貫通開口
４５    フランジ壁
１００  本発明による２段式パルスチューブ冷凍機。
【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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