(57)【要約】    【課題】      精密理化学機器の稼動を停止ないし昇温することなくコールドメンテナンスを可能とし、蓄冷材１９の目詰まり時に簡単にこれを交換し、蓄冷器を効率よくメンテナンスすることができるパルス管冷凍機を提供すること。    【解決手段】  蓄冷材１９を直詰めするような場合、蓄冷器カートリッジケース３５を用いることにより充填作業を並列化することが可能となることに着目したもので、蓄冷器をカートリッジ式蓄冷器３１としたことを特徴とする。【選択図】        図１
2004239610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をあけて配置した高温端ブロックおよび低温端ブロックと、
これら高温端ブロックおよび低温端ブロックの間に配置する蓄冷器ケースおよびこの蓄冷器ケース内に収納する蓄冷材を有する蓄冷器と、
前記高温端ブロックおよび前記低温端ブロックの間に配置するパルス管と、
前記蓄冷器の低温端との間に連通空間を介してかつ該低温端と並列して前記低温端ブロックに設けるとともにパルス管低温端整流用部材を有して、前記パルス管に連続するパルス管低温端用整流器と、
このパルス管低温端用整流器とは反対側で前記パルス管に連続するように前記高温端ブロックに設けるとともにパルス管高温端整流用部材を有するパルス管高温端用整流器と、
前記蓄冷器の前記低温端とは反対側で前記蓄冷器に連続するように前記高温端ブロックに設けるとともに蓄冷器高温端整流用部材を有する蓄冷器高温端用整流器と、を有するパルス管冷凍機であって、
前記蓄冷器は、前記蓄冷器ケースに装脱可能に設けるとともに前記蓄冷材を収納した蓄冷器カートリッジケースを有するカートリッジ式蓄冷器としたことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
前記蓄冷器高温端用整流器は、前記高温端ブロックに装脱可能に設けるとともに前記蓄冷器高温端整流用部材を収納した蓄冷器高温端用整流器カートリッジケースを有する蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器としたことを特徴とする請求項１記載のパルス管冷凍機。
【請求項３】
前記蓄冷器カートリッジケースは、前記高温端ブロックとの間にＯリングを設けたことを特徴とする請求項１記載のパルス管冷凍機。
【請求項４】
前記カートリッジ式蓄冷器と前記蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器とを一体化させたことを特徴とする請求項２記載のパルス管冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパルス管冷凍機にかかるもので、とくにＮＭＲや電子顕微鏡などの精密理化学機器に使用されているパルス管冷凍機における蓄冷材などの収納構造を改善したパルス管冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＮＭＲや電子顕微鏡などの精密理化学機器において、低温環境の維持にパルス管冷凍機などの極低温冷凍機が多く用いられている。
図４にもとづき概説する。
図４は、従来のパルス管冷凍機１の一例の要部断面図であって、パルス管冷凍機１は、圧縮機２と、高低圧力切替えバルブユニット３と、高温端ブロック４と、低温端ブロック５（冷却端ブロック）と、蓄冷器６と、パルス管７と、蓄冷器低温端用整流器８と、パルス管低温端用整流器９と、パルス管高温端用整流器１０と、を有する。
【０００３】
高温端ブロック４には、作動ガス供給口１１および作動ガス往復口１２を形成してあり、作動ガス供給口１１からヘリウムガスなどの作動ガスないし作業流体をパルス状に供給口空間１３内、さらに蓄冷器６に供給可能としている。作動ガス往復口１２には、オリフィス１４を形成するとともにバッファタンク１５を接続してある。
なお高温端ブロック４は、取付けフランジ１６に取付けボルト１７によりこれを取り付ける。
【０００４】
蓄冷器６は、高温端ブロック４（取付けフランジ１６）と低温端ブロック５との間に設けた蓄冷器ケース１８、およびこの蓄冷器ケース１８に収納した蓄冷材１９からこれを構成する。蓄冷材１９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を採用し、蓄冷器ケース１８内に詰め込んで、所定の密度で充填する。
上記作動ガスがこの蓄冷器６を通過する間に蓄冷材１９との間で熱交換を行って、蓄冷材１９に蓄冷する。
【０００５】
低温端ブロック５は、高温端ブロック４との間に所定の間隔をあけてこれを対向配置し、かつ、高温端ブロック４との間に蓄冷器６およびパルス管７を並列に配置するとともに、その内部に連通空間２０を形成し、連通空間２０に連通する、蓄冷器６側の蓄冷側空間２１に蓄冷器低温端用整流器８を、パルス管７側のパルス管側空間２２にパルス管低温端用整流器９を設ける。
すなわち蓄冷器低温端用整流器８は、蓄冷側空間２１に蓄冷器低温端整流用部材２３を詰め込んでこれを構成し、パルス管低温端用整流器９は、パルス管側空間２２にパルス管低温端整流用部材２４を詰め込んでこれを構成する。
【０００６】
パルス管７は、パルス管低温端用整流器９を介して連通空間２０にこれを連通するとともに、パルス管高温端用整流器１０を介して作動ガス往復口１２にこれを連通する。
【０００７】
パルス管高温端用整流器１０は、高温端ブロック４に形成したオリフィス側空間２５にパルス管高温端整流用部材２６を詰め込んでこれを構成する。
【０００８】
なお、上記蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端整流用部材２４およびパルス管高温端整流用部材２６は、蓄冷材１９と同じく、ただし、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を採用する。
【０００９】
こうした構成のパルス管冷凍機１において、作動ガス供給口１１から高低圧パルス状の作動ガスを供給口空間１３さらに蓄冷器６に供給し、蓄冷器低温端用整流器８、連通空間２０、パルス管低温端用整流器９を介してパルス管７からパルス管高温端用整流器１０に流し、オリフィス１４の部分で作動ガスの位相を変え、低温端ブロック５の部分を極低温とすることができるものである。
【００１０】
しかしながら、従来のパルス管冷凍機１は、蓄冷材１９を蓄冷器ケース１８に直に詰め込んだ一体構造であり、また低温端ブロック５および高温端ブロック４においても同様に、蓄冷器低温端用整流器８は蓄冷側空間２１に蓄冷器低温端整流用部材２３を、パルス管低温端用整流器９はパルス管側空間２２にパルス管低温端整流用部材２４を、およびパルス管高温端用整流器１０はオリフィス側空間２５にパルス管高温端整流用部材２６をそれぞれ直に詰め込んだ一体構造である。
【００１１】
したがって、パルス管冷凍機１の運転時、作動ガス中の不純物、たとえば水分その他の液体などが氷結することにより蓄冷材１９、蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端整流用部材２４あるいはパルス管高温端整流用部材２６が目詰まりを起こし、冷却性能が低下する場合がある。この場合には、それぞれの部分を昇温し、氷結した液体分を除去すれば良い。
しかしながら、不純物がたとえば圧縮機２からの油などの場合には、該当部分を昇温してもこれを除去することは困難であり、蓄冷材１９、蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端整流用部材２４あるいはパルス管高温端整流用部材２６を交換する必要がある。
このメンテナンスを実施する場合は、パルス管冷凍機１を冷却対象物（図示せず）から外し、蓄冷材１９、蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端整流用部材２４あるいはパルス管高温端整流用部材２６を新しいものと交換する作業を行うために、パルス管冷凍機１により冷却している精密理化学機器（冷却対象物）の稼動を停止し昇温する必要がある。この昇温により精密理化学機器の運用が妨げられ、稼動効率の低下につながるという問題がある。しかも、新しいものとの交換終了後に再度の冷却操作が必要で、膨大な費用および手間、時間がかかるという問題がある。
さらに、蓄冷材１９、蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端整流用部材２４およびパルス管高温端整流用部材２６は、それぞれの部分に直に詰め込まれているので、その交換作業自体も面倒で効率の悪いものであるという問題がある。
【００１２】
なおまた、高温端ブロック４の供給口空間１３に、蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端整流用部材２４あるいはパルス管高温端整流用部材２６などと同様の整流用部材（蓄冷器高温端整流用部材）を直に詰め込むことにより、蓄冷器６の高温端側に連通するように構成する蓄冷器高温端用整流器（図示せず）を設ける場合もあるが、こうした構成のパルス管冷凍機においても同様に、その整流用部材の交換作業が面倒で効率の悪いものであるという問題がある。
【００１３】
【特許文献１】特開平６−１２９７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、容易に交換可能なカートリッジ式蓄冷器あるいはカートリッジ式整流器を用いることにより、精密理化学機器の稼動を停止ないし昇温することなく、コールドメンテナンスを可能とするパルス管冷凍機を提供することを課題とする。
【００１５】
また本発明は、蓄冷材あるいは整流用部材などの目詰まり時に簡単にこれを交換することができるパルス管冷凍機を提供することを課題とする。
【００１６】
また本発明は、冷却対象物を昇温することなく、蓄冷器、さらには蓄冷器高温端用整流器を効率よくメンテナンスすることができるパルス管冷凍機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち本発明は、蓄冷材を有する蓄冷器、さらには蓄冷器高温端整流用部材を有する蓄冷器高温端用整流器をそれぞれカートリッジ式にすることに着目したもので、所定の間隔をあけて配置した高温端ブロックおよび低温端ブロックと、これら高温端ブロックおよび低温端ブロックの間に配置する蓄冷器ケースおよびこの蓄冷器ケース内に収納する蓄冷材を有する蓄冷器と、上記高温端ブロックおよび上記低温端ブロックの間に配置するパルス管と、上記蓄冷器の低温端との間に連通空間を介してかつ該低温端と並列して上記低温端ブロックに設けるとともにパルス管低温端整流用部材を有して、上記パルス管に連続するパルス管低温端用整流器と、このパルス管低温端用整流器とは反対側で上記パルス管に連続するように上記高温端ブロックに設けるとともにパルス管高温端整流用部材を有するパルス管高温端用整流器と、上記蓄冷器の上記低温端とは反対側で上記蓄冷器に連続するように上記高温端ブロックに設けるとともに蓄冷器高温端整流用部材を有する蓄冷器高温端用整流器と、を有するパルス管冷凍機であって、上記蓄冷器は、上記蓄冷器ケースに装脱可能に設けるとともに上記蓄冷材を収納した蓄冷器カートリッジケースを有するカートリッジ式蓄冷器としたことを特徴とするパルス管冷凍機である。
【００１８】
上記蓄冷器高温端用整流器は、上記高温端ブロックに装脱可能に設けるとともに上記蓄冷器高温端整流用部材を収納した蓄冷器高温端用整流器カートリッジケースを有する蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器とすることができる。
【００１９】
上記蓄冷器カートリッジケースは、上記高温端ブロックとの間にＯリングを設けることができる。
【００２０】
上記カートリッジ式蓄冷器と上記蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器とを一体化させることができる。
【００２１】
本発明によるパルス管冷凍機は、高温端ブロックおよび低温端ブロックを有する構成において、蓄冷材を有する蓄冷器、あるいは蓄冷器高温端整流用部材を有する蓄冷器高温端用整流器をそれぞれカートリッジ式にしたので、これら蓄冷材などのメンテナンス時に精密理化学機器など冷却対象物の稼動を停止することなく、あるいは昇温をすることなく交換作業を行って、コールドメンテナンスを実現することができるので、昇温の結果再度の冷却を行う必要もなく、交換にともなう費用、手間、時間を大幅に削減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、蓄冷器あるいは蓄冷器高温端用整流器をカートリッジ式としたので、精密理化学機器などの稼動停止および昇温をすることなく、パルス管冷凍機のコールドメンテナンスを行うことができる。
また、冷凍機製作時における充填作業において、蓄冷材や整流用部材を直詰めするような場合、ケースの奥の方から詰める必要があったが、カートリッジケースを用いることにより充填作業を並列化することができ、製作時間を減らすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、この種パルス管冷凍機における、最小限の交換部品である蓄冷器さらには蓄冷器高温端用整流器をカートリッジ式としたので、冷却対象物である精密理化学機器などの稼動停止および昇温をすることなく、コールドメンテナンスを可能として交換作業を能率化することができるパルス管冷凍機を実現した。
【実施例】
【００２４】
つぎに本発明の第１の実施例によるパルス管冷凍機３０を図１および図２にもとづき説明する。ただし、図４と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、パルス管冷凍機３０の要部断面図であって、パルス管冷凍機３０は、前述のパルス管冷凍機１（図４）とは、カートリッジ式蓄冷器３１、蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２、パルス管低温端用カートリッジ式整流器３３およびパルス管高温端用カートリッジ式整流器３４の部分が異なり、他の部分の構成は事実上同一である。
【００２５】
カートリッジ式蓄冷器３１は、前記蓄冷器ケース１８と、蓄冷器カートリッジケース３５と、前記蓄冷材１９と、を有する。
カートリッジ式蓄冷器３１は、その蓄冷器カートリッジケース３５と高温端ブロック４との間に上流側Ｏリング３６を設けて、蓄冷器ケース１８と蓄冷器カートリッジケース３５の上流側部分との間に蓄冷器ケースＯリング３７を設けることにより、蓄冷器ケース１８と蓄冷器カートリッジケース３５との間隙に作動ガスが侵入しないようにしている。
【００２６】
なお蓄冷器カートリッジケース３５は、熱伝導率の低いベークライトその他のプラスチック材料、あるいはステンレス材料などからこれを構成し、蓄冷器カートリッジケース３５の高温端ブロック４側と低温端ブロック５側との間に温度差を得やすくするようにしている。
【００２７】
蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２は、蓄冷側空間２１に装脱可能とした蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース３８と、蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース３８に詰め込んだ前記蓄冷器低温端整流用部材２３と、を有する。
なお蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース３８は、熱伝導率の高い銅材その他の金属材料からこれを構成する。
さらに、カートリッジ式蓄冷器３１の蓄冷器カートリッジケース３５と蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２の蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース３８とを一体化構成とし、装脱作業のさらなる容易化を図ることもできる。
【００２８】
パルス管低温端用カートリッジ式整流器３３は、パルス管側空間２２に装脱可能としたパルス管低温端用整流器カートリッジケース３９と、パルス管低温端用整流器カートリッジケース３９に詰め込んだ前記パルス管低温端整流用部材２４と、を有する。
なおパルス管低温端用整流器カートリッジケース３９も、熱伝導率の高い銅材その他の金属材料からこれを構成する。
【００２９】
パルス管高温端用カートリッジ式整流器３４は、オリフィス側空間２５に装脱可能としたパルス管高温端用整流器カートリッジケース４０と、パルス管高温端用整流器カートリッジケース４０に詰め込んだ前記パルス管高温端整流用部材２６と、を有する。
なお、パルス管高温端用整流器カートリッジケース４０も、熱伝導率の高い銅材その他の金属材料からこれを構成する。
また、パルス管７と高温端ブロック３との間に下流側Ｏリング４１を設け、パルス管高温端用整流器カートリッジケース４０と高温端ブロック４との間に整流器ケースＯリング４２を設けることにより、高温端ブロック４とパルス管高温端用整流器カートリッジケース４０との間隙に作動ガスが侵入しないようにしている。
【００３０】
こうした構成のパルス管冷凍機３０において、コールドメンテナンス、すなわち、昇温操作を行うことなく冷却状態のままでのメンテナンスを実現可能である。
図２は、メンテナンス時の要部断面図であり、精密理化学機器４３に装備したパルス管冷凍機３０のコールドメンテナンス時において、精密理化学機器４３の稼動停止および昇温を行うことなく、パルス管冷凍機３０のみの稼動を停止し、グローブボックス４４内で、取付けボルト１７を外して高温端ブロック４をフランジ１６から取り外し、さらに治具（図示せず）およびグローブ４５を用いて、カートリッジ式蓄冷器３１の蓄冷器カートリッジケース３５を蓄冷材１９とともに蓄冷器ケース１８から引き抜き、あらかじめ準備した新しいものと交換する。
蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２についても同様に、蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース３８を蓄冷器低温端整流用部材２３とともに蓄冷側空間２１から引き抜く。
パルス管低温端用カートリッジ式整流器３３についても同様に、パルス管低温端用整流器カートリッジケース３９をパルス管低温端整流用部材２４とともにパルス管７を通してパルス管側空間２２から引き抜く。
パルス管高温端用カートリッジ式整流器３４についても同様にして、パルス管高温端用整流器カートリッジケース４０をパルス管高温端整流用部材２６とともにオリフィス側空間２５から引き抜く。
かくして、カートリッジ式蓄冷器３１、蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２、パルス管低温端用カートリッジ式整流器３３およびパルス管高温端用カートリッジ式整流器３４について、あらかじめ準備した新しい蓄冷器カートリッジケース３５および蓄冷材１９、蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース３８および蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端用整流器カートリッジケース３９およびパルス管低温端整流用部材２４、さらにはパルス管高温端用整流器カートリッジケース４０およびパルス管高温端整流用部材２６とそれぞれ容易に交換可能である。
【００３１】
つぎに図３は、本発明の第２の実施例によるパルス管冷凍機５０の要部断面図であって、パルス管冷凍機５０は、図１に示したパルス管冷凍機３０（第１の実施例）に蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器５１をさらに設けたもので、他の部分の構成は事実上同一である。
【００３２】
蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器５１は、蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２、パルス管低温端用カートリッジ式整流器３３およびパルス管高温端用カートリッジ式整流器３４（図１）と同様に、カートリッジ式としてある。
すなわち、蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器５１は、蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２とは反対側でカートリッジ式蓄冷器３１に連通するもので、高温端ブロック４における供給口空間１３に装脱可能とした蓄冷器高温端用整流器カートリッジケース５２と、蓄冷器高温端用整流器カートリッジケース５２に詰め込んだ蓄冷器高温端整流用部材５３と、を有する。
【００３３】
蓄冷器高温端用整流器カートリッジケース５２は、蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース３８、パルス管低温端用整流器カートリッジケース３９、パルス管高温端用整流器カートリッジケース４０と同様に、熱伝導率の高い銅材その他の金属材料からこれを構成する。
【００３４】
蓄冷器高温端整流用部材５３は、蓄冷器低温端整流用部材２３、パルス管低温端整流用部材２４およびパルス管高温端整流用部材２６さらには蓄冷材１９と同じく、ただし、蓄冷材１９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を採用し、蓄冷器高温端用整流器カートリッジケース５２内に詰め込んで、所定の密度で充填する。
【００３５】
こうした構成のパルス管冷凍機５０において、前述のパルス管冷凍機３０（図１）と同様に、高温端ブロック４と取付けフランジ１６とを分離したのち、蓄冷器高温端用整流器カートリッジケース５２を蓄冷器高温端整流用部材５３とともに供給口空間１３から引き抜き、これを新しいものとそっくり交換することにより、コールドメンテナンス、すなわち、昇温操作を行うことなく冷却状態のままでのメンテナンスを実現可能である。
また、早急にコールドメンテナンスを行いたい場合には、蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器５１およびパルス管高温端用カートリッジ式整流器３４とともに高温端ブロック４そのものを交換することも可能である。
【００３６】
なお本発明において、蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器５１をカートリッジ式蓄冷器３１と一体化して構成することにより、これらの装脱作業をより簡単にすることができる。
あるいは、蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器５１、カートリッジ式蓄冷器３１および蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器３２を一体化して構成することにより、これらの装脱作業をさらに簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例によるパルス管冷凍機３０の要部断面図である。
【図２】同、メンテナンス時の要部断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例によるパルス管冷凍機５０の要部断面図である。
【図４】従来のパルス管冷凍機１の一例の要部断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  パルス管冷凍機（図４）
２  圧縮機
３  高低圧力切替えバルブユニット
４  高温端ブロック
５  低温端ブロック（冷却端ブロック）
６  蓄冷器
７  パルス管
８  蓄冷器低温端用整流器
９  パルス管低温端用整流器
１０  パルス管高温端用整流器
１１  作動ガス供給口
１２  作動ガス往復口
１３  供給口空間
１４  オリフィス
１５  バッファタンク
１６  取付けフランジ
１７  取付けボルト
１８  蓄冷器ケース
１９  蓄冷材
２０  連通空間
２１  蓄冷側空間
２２  パルス管側空間
２３  蓄冷器低温端整流用部材
２４  パルス管低温端整流用部材
２５  オリフィス側空間
２６  パルス管高温端整流用部材
３０  パルス管冷凍機（第１の実施例、図１）
３１  カートリッジ式蓄冷器
３２  蓄冷器低温端用カートリッジ式整流器
３３  パルス管低温端用カートリッジ式整流器
３４  パルス管高温端用カートリッジ式整流器
３５  蓄冷器カートリッジケース
３６  上流側Ｏリング
３７  蓄冷器ケースＯリング
３８  蓄冷器低温端用整流器カートリッジケース
３９  パルス管低温端用整流器カートリッジケース
４０  パルス管高温端用整流器カートリッジケース
４１  下流側Ｏリング
４２  整流器ケースＯリング
４３  精密理化学機器（冷却対象物）
４４  グローブボックス
４５  グローブ
５０  パルス管冷凍機（第２の実施例、図３）
５１  蓄冷器高温端用カートリッジ式整流器
５２  蓄冷器高温端用整流器カートリッジケース
５３  蓄冷器高温端整流用部材
【図１】
2004239610.tif 000003
【図２】
2004239610.tif 000004
【図３】
2004239610.tif 000005
【図４】
2004239610.tif 000006