(57)【要約】【課題】パルス管冷凍機のシリンダと積層材間のクリアランスを大きくして、メンテナンス時の引抜きや挿入作業を容易とする。【解決手段】中心部に穴８１が開けられた蓄冷用又は整流用積層材８０と、該積層材８０の両側に配置される、ガスが流通可能なホルダ８２、８４と、前記積層材８０の穴８１を挿通して、該ホルダ８２、８４を両側から固定するボルト８６を用いて、ケースを用いることなく構成されたカートリッジ式の蓄冷器や整流器を用いる。【選択図】　　　図３
2004144431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダから抜差し可能なカートリッジ式の蓄冷器や整流器を備えたパルス管冷凍機において、
前記蓄冷器や整流器が、中心部に穴が開けられた蓄冷用又は整流用積層材と、該積層材の両側に配置される、ガスが流通可能な端板と、前記積層材の穴を挿通して、該端板を両側から固定するロッドを用いて、ケースを用いることなく構成されていることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス管冷凍機を用いて直接冷却されることを特徴とする超伝導マグネット装置。
【請求項３】
寒剤に浸漬して冷却される超電導マグネット装置において、
蒸発した寒剤が、請求項１に記載のパルス管冷凍機を用いて再凝縮されることを特徴とする超電導マグネット装置。
【請求項４】
請求項１に記載のパルス管冷凍機を用いて、半導体やセンサが冷却されることを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載のパルス管冷凍機を用いたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項６】
請求項１に記載のパルス管冷凍機を用いたことを特徴とする水トラップ装置。
【請求項７】
中心部に穴が開けられた蓄冷用積層材と、該積層材の両側に配置される、ガスが流通可能な端板と、前記積層材の穴を挿通して、該端板を両側から固定するロッドを用いて、ケースを用いることなく構成されていることを特徴とするカートリッジ式の蓄冷器。
【請求項８】
中心部に穴が開けられた整流用積層材と、該積層材の両側に配置される、ガスが流通可能な端板と、前記積層材の穴を挿通して、該端板を両側から固定するロッドを用いて、ケースを用いることなく構成されていることを特徴とするカートリッジ式の整流器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス管冷凍機に係り、特に、超伝導マグネット装置、精密検出装置、クライオポンプ、水トラップ装置等を停止ないし昇温せずに、これらの低温装置から、パルス管冷凍機のシリンダを取り外すことなく、蓄冷器や整流器の交換が可能な、シリンダから抜差し可能なカートリッジ式の蓄冷器や整流器を備えたパルス管冷凍機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置や電子顕微鏡等の精密理化学機器における低温環境の維持に、図１に示す如く、圧縮機１２と、高低圧力切替えバルブユニット１４と、高温端ブロック１６と、低温端（冷却端）ブロック１８と、蓄冷器２０と、パルス管２２と、蓄冷器低温端用整流器２４と、パルス管低温端用整流器２６と、パルス管高温端用整流器２８とを有するパルス管冷凍機１０が多く用いられている。
【０００３】
前記高温端ブロック１６には、作動ガス供給口３０及び作動ガス往復口３２が形成されており、作動ガス供給口３０からヘリウムガス等の作動ガス乃至作動流体が、パルス状に供給口空間３４内、更に蓄冷器２０に供給可能とされている。前記作動ガス往復口３２には、オリフィス３６が形成されると共に、バッファタンク３８が接続されている。前記高温端ブロック１６は、パルス管冷凍機１０の取付フランジ４０に取付ボルト４２を用いて取付けられている。
【０００４】
前記蓄冷器２０は、高温端ブロック１６（取付フランジ４０）と低温端ブロック１８との間に設けた蓄冷器シリンダ４４に収納した蓄冷材４６から構成されている。該蓄冷材４６としては、銅材あるいはステンレス材、その他金属の繊維あるいはパンチングメタルが使用され、蓄冷器シリンダ４４に詰め込んで、所定の密度で充填されている。前記作動ガスは、この蓄冷器２０を通過する間に、蓄冷材４６との間で熱交換を行なって、蓄冷材４６に蓄冷する。
【０００５】
前記低温端ブロック１８は、高温端ブロック１６との間に所定の間隔を空けて対向配置され、且つ、高温端ブロック１６との間に蓄冷器２０及びパルス管２２を並列に配置すると共に、その内部に連通空間４８が形成され、該連通空間４８に連通する、蓄冷器２０側の蓄冷側空間５０に蓄冷器低温端用整流器２４が設けられ、パルス管２２側の空間５２に前記パルス管低温端用整流器２６が設けられている。
【０００６】
前記蓄冷器低温端用整流器２４の蓄冷側空間５０には、蓄冷器低温端整流用部材５４が詰め込まれ、パルス管低温端用整流器２６のパルス管側空間５２には、パルス管低温端整流用部材５６が詰め込まれている。
【０００７】
前記パルス管２２は、パルス管低温端用整流器２６を介して連通空間４８に連通されると共に、パルス管高温端用整流器２８を介して作動ガス往復口３２に連通される。
【０００８】
前記パルス管高温端用整流器２８の、高温端ブロック１６に形成したオリフィス側空間５８には、パルス管高温端整流用部材６０が詰め込まれている。
【０００９】
なお、前記蓄冷器低温端整流用部材５４、パルス管低温端整流用部材５６及びパルス管高温端整流用部材６０としては、蓄冷材４６と同様の、但しより粗いメッシュの金属繊維あるいはパンチングメタルが採用される。
【００１０】
こうした構成のパルス管冷凍機１０においては、作動ガス供給口３０から高低圧パルス状の作動ガスを供給口空間３４更に蓄冷器２０に供給し、蓄冷器低温端用整流器２４、連通空間４８、パルス管低温端用整流器２６を介して、パルス管２２からパルス管高温端用整流器２８に流し、オリフィス３６の部分で作動ガスの位相を変え、低温端ブロック１８の部分を極低温とすることができる。
【００１１】
このようなパルス管冷凍機において、蓄冷器２０の蓄冷材４６や、整流器２４、２６、２８の整流用部材５４、５６、６０は、パルス管冷凍機１０のシリンダ内に直接格納されていた。この場合、何らかの原因でパルス管冷凍機１０内部の蓄冷器２０や整流器２４、２６、２８に目詰まり、汚染等の問題が生じた場合、装置全体を停止し、更に、パルス管冷凍機１０からシリンダを取り外す必要があった。
【００１２】
このような問題点を解決するべく、出願人は、特許文献１で、蓄冷器や整流器を、図２（蓄冷器の場合）に示す如く、熱伝導率が低いステンレス等のケース７０に格納し、これをパルス管冷凍機のシリンダ４４から引抜くことによりメンテナンスを可能とするカートリッジ蓄冷器／整流器方式のパルス管冷凍機を提案している。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１６５５１７号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルス管冷凍機１０のシリンダ４４からカートリッジを抜差し可能とするためには、カートリッジケース７０とシリンダ４４との間にクリアランスを設ける必要があり、このクリアランスの存在による冷凍能力の低下が考えられる。このため、前記クリアランスは可能な限り小さく設計する必要があり、シリンダ内へのカートリッジの挿入、引抜き作業は、ある程度の技術が必要になると共に、齧ったりしてシリンダにダメージが発生した場合、挿入や引抜き作業が不可能となる場合もあった。一方、カートリッジに使用されるケースは、通常、ステンレス等の熱伝導率が低い材質であるが、その場合でも数ワットの侵入熱が存在し、パルス管冷凍機の冷凍能力低下の原因となっていた。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、パルス管冷凍機のシリンダと蓄冷材や整流用部材間のクリアランスを大きくすることができ、メンテナンス時の引抜き、挿入作業を容易とすることを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリンダから抜差し可能なカートリッジ式の蓄冷器や整流器を備えたパルス管冷凍機において、前記蓄冷器や整流器を、中心部に穴が開けられた蓄冷用又は整流用積層材と、該積層材の両側に配置される、ガスが流通可能な端板と、前記積層材の穴を挿通して、該端板を両側から固定するロッドを用いて、ケースを用いることなく構成することにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
本発明は、又、前記のパルス管冷凍機を用いて直接冷却されることを特徴とする超伝導マグネット装置を提供するものである。
【００１８】
又、寒剤に浸漬して冷却される超電導マグネット装置において、蒸発した寒剤が、前記のパルス管冷凍機を用いて再凝縮されることを特徴とする超電導マグネット装置を提供するものである。
【００１９】
更に、前記のパルス管冷凍機を用いて、半導体やセンサが冷却されることを特徴とする検出装置を提供するものである。
【００２０】
更に又、前記のパルス管冷凍機を用いたことを特徴とするクライオポンプを提供するものである。
【００２１】
又、前記のパルス管冷凍機を用いたことを特徴とする水トラップ装置を提供するものである。
【００２２】
本発明は、又、中心部に穴が開けられた蓄冷用積層材と、該積層材の両側に配置される、ガスが流通可能な端板と、前記積層材の穴を挿通して、該端板を両側から固定するロッドを用いて、ケースを用いることなく構成されていることを特徴とするカートリッジ式の蓄冷器を提供するものである。
【００２３】
本発明は、又、中心部に穴が開けられた整流用積層材と、該積層材の両側に配置される、ガスが流通可能な端板と、前記積層材の穴を挿通して、該端板を両側から固定するロッドを用いて、ケースを用いることなく構成されていることを特徴とするカートリッジ式の整流器を提供するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
本実施形態は、図３（分解斜視図）及び図４（シリンダに組付けた状態の断面図）に示す如く、蓄冷器２０や整流器２４、２６、２８を、中心部に穴８１が開けられた、例えば５００枚以上の蓄冷用又は整流用積層材８０と、該積層材８０の上下両側に配置される、穴８３、８５を通してガスが流通可能な上部ホルダ８２及び下部ホルダ８４と、前記積層材８０の穴８１を挿通して、該ホルダ８２及び８４を両側から固定するボルト８６及びナット８８を用いて、ケースを用いることなく構成したものである。
【００２６】
前記積層材８０としては、例えば金網やパンチングメタルを用いることができる。
【００２７】
前記ボルト８６としては、ステンレス、ＦＲＰ、ベークライト等の熱伝導率が低い円柱又は角柱を用いることができ、その下端に設けたナット８８で、積層材８０を挟んだホルダ８２、８４を固定することができる。なお、ボルト８６の本数は１本に限定されず、２本以上設けてもよい。
【００２８】
本実施形態によれば、中心のボルト８６によって固定された全ての積層材８０をまとめて引抜くことによって、蓄冷器交換や整流器交換等のメンテナンスを実施することができる。この際、カートリッジのケースが存在しないので、シリンダと積層材間のクリアランスを大きくすることが可能であり、メンテナンス時の引抜きや挿入作業が容易となる。
【００２９】
なお、本発明は、蓄冷器・整流器の両者に適用することが好適であるが、いずれか一方のみに本発明を適用することも可能である。
【００３０】
本発明が適用可能な超伝導マグネット装置としては、例えば、伝導冷却型のヘリウムフリーマグネット、単結晶引き上げ装置用超伝導マグネット、磁気分離装置用超伝導マグネット、ＭＲＩ用超伝導マグネット、ＮＭＲ用超伝導マグネット、ＳＱＵＩＤ用超伝導マグネットがある。又、半導体やセンサを含む検出装置としては、例えば通信ノイズ低減用半導体、赤外線センサ、Ｘ線検出器、ＳＱＵＩＤがある。又、ＭＲＩ等の再凝縮装置にも適用できる。又、寒剤もヘリウム限定されず、例えば液体窒素による素子の直接冷却や熱シールド板の冷却等における液体窒素の再凝縮装置にも適用できる。又、超伝導コイル、超伝導電流リード、超伝導モータ、超伝導発電機、ＳＭＥＳ、単結晶引き上げ装置、高磁場下測定装置等の超伝導体冷却や、極低温試験装置にも適用できる。
【００３１】
本発明は、前記超伝導マグネット装置、精密検出装置、クライオポンプ、水トラップ装置以外の低温装置のパルス管冷凍機にも適用できる。
【００３２】
パルス管冷凍機の種類も、図１に示したものに限定されず、例えば図５に示すような、圧縮機１２及び高低圧力切替えバルブユニット１４に加えて、真空断熱容器９２と、熱シールド９４と、第１段パルス管冷凍機９６と、第２段パルス管冷凍機９８を有する２段式のパルス管冷凍機９０にも、同様に適用できる。図において、１００は第２段パルス管冷凍機９８の高温端ブロック、１０２は同じく低温端ブロック、１０４は同じく蓄冷器、１０６は同じくパルス管、１０８は同じくオリフィス、１１０は同じくバッファタンク、１１２は冷却対象物である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、シリンダと積層材間のクリアランスを大きくすることができ、メンテナンス時の引抜きや挿入作業が容易となる。又、変形等で寸法精度が出しにくく、高い工作精度を要求されるカートリッジのケースが存在しないため、カートリッジ製作コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象であるパルス管冷凍機の一例の構成を示す構成図
【図２】出願人が特開２００１−１６５５１７で提案したカートリッジ式蓄冷器／整流器の構成を示す断面図
【図３】本発明の実施形態で用いられているカートリッジ式蓄冷器／整流器の構成を示す分解斜視図
【図４】前記実施形態をパルス管冷凍機のシリンダに組み込んだ状態を示す断面図
【図５】本発明の適用対象の他の例の構成図
【符号の説明】
１０…パルス管冷凍機
２０…蓄冷器
２２…パルス管
２４…蓄冷器低温端用整流器
２６…パルス管低温端用整流器
２８…パルス管高温端用整流器
８０…積層材
８２、８４…ホルダ
８６…ボルト
８８…ナット
【図１】
2004144431.tif 000003
【図２】
2004144431.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004144431.tif 000006
【図５】
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