(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段式パルス管を備えたコールドヘッドと、
該コールドヘッドの蓄冷管に作動ガスを供給し、回収するための圧縮機と、
前記蓄冷管と前記圧縮機との間に接続され、前記作動ガスの供給及び回収を制御するためのバルブユニットと、
前記パルス管に接続され、前記作動ガスの圧力変化と流速変化との位相差を制御するためのバッファータンクとを備えたパルス管冷凍機において、
前記圧縮機と前記バルブユニットとの間を接続する高圧配管及び低圧配管が、それぞれセルフシーリング・カップリングを備えるとともに、
前記バルブユニットと前記蓄冷管との間を接続する連結管が１ｍよりも短く、かつセルフシーリング・カップリングを備え、
前記セルフシーリング・カップリングにより前記バルブユニットを取り外し可能としたことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
前記パルス管と前記バッファータンクとの間を接続する連結管がセルフシーリング・カップリングを備え、当該セルフシーリング・カップリングにより前記バッファータンクを取り外し可能としたことを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス管冷凍機に関し、特に、そのメンテナンス作業を容易にしたパルス管冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種超伝導磁石装置、各種センサー冷却システム、液化装置、液化ガス再凝縮装置、クライオポンプ、ＭＲＩ診断機器、及び理化学機器などに利用される冷凍機の一つとして、パルス管冷凍機がある。
【０００３】
従来のパルス管冷凍機は、図３に示すように、圧縮機３１、バルブユニット３２、コールドヘット３３、及びバッファータンク３４を有している。
【０００４】
圧縮機３１は、作動ガスを圧縮してコールドヘッド３３へ供給する高圧力源、及びコールドヘッド３３から作動ガスを回収する低圧力源として働く。
【０００５】
バルブユニット３２は、圧縮機３１とコールドヘッド３３との間に接続され、圧縮機３１の高圧配管３５及び低圧配管３６を交互にコールドヘッド３３に連通させる。この結果、コールドヘッド３３に対して、作動ガスの供給と回収が周期的に行なわれる。なお、バルブユニット３２と圧縮機３１との接続は、しばしば、セルフシーリング・カップリング３７を備えた連結管により行なわれる。ここで、セルフシーリング・カップリングとは、単独では配管の先端をシールドし、かつ互いに結合させると配管を連通させることができる、２つの配管の先端にそれぞれ固定されるオスハーフ及びメスハーフの２つの部材からなる管用継手のことである。このセルフシーリング・カップリングを使用すると、一度２つの配管を連通させた後でも、２つの部材の結合を解除することにより、再び各配管の先端を自動的にシールドすることができる。即ち、セルフシーリング・カップリングを用いると、管内の流体を外部に流出させることなく、２つの配管の着脱が自在に行なえる。
【０００６】
コールドヘッド３３は、バルブユニット３２にその高温端側が接続される蓄冷器３３ａと、バッファータンク３４にその高温端側が接続されるパルス管３３ｂと、蓄冷器３３ａ及びパルス管３３ｂの低温端側同士を連結する低温端連結部３３ｃと、これらを収容する真空槽３３ｄとを有している。そして、このコールドヘッド３３は、作動ガスの供給と回収を周期的に受けて、周囲の温度を低下させる。
【０００７】
バッファータンク３４は、パルス管３３ｂから流出する作動ガスを収容して、パルス管３３ｂにおける作動ガスの圧力変動と流速変動との位相差を制御する位相制御機構として働く。なお、位相制御機構は、バッファータンク３４以外にオリフィスを備えることもある。
【０００８】
以上のような構成のパルス管冷凍機は、その目的に応じて主に次に２つの形態のうちのいずれかが採用される。
【０００９】
第１の形態は、コールドヘッドにおける振動を抑えるために、可動部品を有するバルブユニット３２をコールドヘッド３３から離れた位置に設置するというものである。この場合、バルブユニット３２とコールドヘッド３３との間は、数十cmから数mの連結管によって連結される。
【００１０】
第２の形態は、その冷凍能力を最大限に発揮させるために、バルブユニットとコールドヘッドとを一体化し、これらの間の距離を最小にするというものである。
【００１１】
なお、第１の形態、第２の形態のいずれの場合も、小型化を実現するために、バッファータンク３４（及びオリフィス）とコールドヘッド３３とを一体化する場合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパルス冷凍機のメンテナンスは、次のようにして行なわれる。即ち、まず、パルス冷凍機又はパルス冷凍機を備えた装置（超電導装置等）の運転を停止する。そして、その装置からコールドヘッドを取り外し、取り外したコールドヘッドの温度を室温にまで昇温させる。あるいは、装置全体の温度を室温にまで昇温させて、コールドヘッド内部の結露防止などの処理を行なう。それから、必要な箇所に対してメンテナンス作業を行なう。その後、各構成部品のガス置換（内部に侵入した空気を作動ガスに置換）を行ない、冷却を再開する。あるいは、装置の運転を再開する。
【００１３】
上記のメンテナンス作業手順は、例えば、可動部分が摩耗した場合や作動ガス中に不純物（水）が混入してコールドヘッド内で凍結してしまった場合のように、一部の構成部品のみのメンテナンスが必要な場合であっても、定期点検のように全構成部品のメンテナンスが必要な場合であっても、基本的には同じである。これは、従来のパルス冷凍機では、構成部品間が連結管により連通しているため、いずれかの構成部品を取り外す、あるいは分解すると、全構成部品内の作動ガスが流出し、代わりに大気が流入するからである。つまり、一つの構成部品のメンテナンスを行なう場合であっても、全構成部品におけるガス流路が大気に曝されるからである。
【００１４】
なお、圧縮機とバルブユニットとの間にセルフシーリング・カップリングが用いられている場合には、圧縮機に関する限り、その内部が大気に曝されることはない。しかしながら、他の構成部品については上記と同様、ある構成部品のメンテナンス時に、それ以外の構成部品の内部が大気に曝されることになる。
【００１５】
以上のように、従来のパルス冷凍機では、ある構成部品についてメンテナンスを行なおうとすると、全ての構成部品のメンテナンスを行なう場合と同じ程度の長い時間と面倒な作業を要するという問題点がある。
【００１６】
本発明は、メンテナンス作業の簡素化と時間短縮を実現できるパルス管冷凍機を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、２段式パルス管を備えたコールドヘッドと、該コールドヘッドの蓄冷管に作動ガスを供給し、回収するための圧縮機と、前記蓄冷管と前記圧縮機との間に接続され、前記作動ガスの供給及び回収を制御するためのバルブユニットと、前記パルス管に接続され、前記作動ガスの圧力変化と流速変化との位相差を制御するためのバッファータンクとを備えたパルス管冷凍機において、前記圧縮機と前記バルブユニットとの間を接続する高圧配管及び低圧配管が、それぞれセルフシーリング・カップリングを備えるとともに、前記バルブユニットと前記蓄冷管との間を接続する連結管が１ｍよりも短く、かつセルフシーリング・カップリングを備え、前記セルフシーリング・カップリングにより前記バルブユニットを取り外し可能としたことを特徴とするパルス管冷凍機が得られる。
【００１８】
【作用】
セルフシーリング・カップリングの結合を解除することにより、各構成部品を、その内部を大気に曝すことなく、個々に分離することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここで、従来と同一のものには同一番号を付し、その説明を省略する。
【００２０】
図１に本発明の第１の実施の形態を示す。図１のパルス管冷凍機は、１段式パルス冷凍機であって、バルブユニット３２とコールドヘッド３３とを接続する連結管として、４m連結管１１を備えている。また、このパルス管冷凍機は、コールドヘッド３３とバッファタンク３４とを接続する連結管として、１m連結管１２を備えている。
【００２１】
４m連結管１１は、例えば、外径６．３５mm、内径４．３５mmのＣｕ管、ＳＵＳ管、あるいは樹脂系チューブであって、その両端には、セルフシーリング・カップリング１３，１４のオスハーフ又はメスハーフが固定されている。バルブユニット３２及びコールドヘッド３３には、それぞれ、４m連結管１１に固定されたセルフシーリング・カップリング１３，１４のオスハーフ又はメスハーフに結合されるメスハーフ又はオスハーフが、直接又は短い連結管を介して固定されている。
【００２２】
また、１m連結管１２は、４m連結管１１と同様、例えば、外径６．３５mm、内径４．３５mmのＣｕ管、ＳＵＳ管、あるいは樹脂系チューブであって、その一端はバッファータンク３４に接続され、他端には、セルフシーリング・カップリング１５のオスハーフ又はメスハーフが固定されている。コールドヘッド３３には、１m連結管１２に固定されたセルフシーリング・カップリング１５のオスハーフ又はメスハーフに結合されるメスハーフ又はオスハーフが、直接又は短い連結管を介して固定されている。
【００２３】
なお、パルス管冷凍機に使用できるセルフシーリング・カップリングとしては、米国エイロクイップ社製（日本では横浜エイロクイップ株式会社より入手可能）のものがある。
【００２４】
このパルス管冷凍機では、バルブユニット３２とコールドヘッド３３との間の距離を約４mとすることができる。それゆえ、バルブユニット３２の設置場所や設置方法などに大きな自由度を持つとともに、バルブユニット３２で発生する振動は、ほとんどコールドヘッド３３には伝わらない。従って、このパルス管冷凍機は、多様な用途に利用することができる。
【００２５】
図１のパルス管冷凍機では、バルブユニット３２内の可動部品に摩耗が生じた場合、次のようにメンテナンスが行なわれる。
【００２６】
まず、パルス管冷凍機の運転を停止する。次に、４m連結管１１とバルブユニット３２との間のセルフシーリング・カップリング１３の結合を解除する。また、バルブユニット３２と圧縮機３１とを接続する高圧配管３５及び低圧配管３６のセルフシーリング・カップリング３２も結合を解除する。これにより、圧縮機３１及びコールドヘッド３３の内部に大気や不純物を侵入させることなく、作動ガスを保持した状態で、バルブユニット３２を取り外すことができる。この後、取り外したバルブユニット３２の分解を行ない、メンテナンス作業を進める。作業終了後、バルブユニット３２の内部の空気を作動ガスで置換し、セルフシーリング・カップリング３７及び１３を結合させて、バルブユニット３２を圧縮機３１とコールドヘッド３３とに接続する。
【００２７】
こうして、本実施の形態では、バルブユニット３２のメンテナンスが行なわれ、パルス管冷凍機の運転の再開が可能になる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、バルブユニット３２のみのメンテナンスを行なう場合には、コールドヘッド内部に作動ガスが保持される。それゆえ、コールドヘッド３３を昇温させる必要がないので、作業時間が短縮される。特に、バルブユニット３２を丸ごと交換する場合のように、作業が短時間で済む場合には、コールドヘッドの温度上昇がわずかで済むので、パルス冷凍機の運転再開から通常動作に移行するまでの復帰所要時間を従来に比べて大幅に短縮することができる。
【００２９】
また、図１のパルス管冷凍機では、不純物の混入によりコールドヘッド３３のメンテナンスが必要になった場合には、次のようにして行なわれる。
【００３０】
まず、パルス管冷凍機の運転を停止する。そして、コールドヘッド３３と４m連結管１１及び１m連結管１２との間のセルフシーリング・カップリング１４，１５の結合を解除して、コールドヘッド３３を取り外し、昇温させる。そして、コールドヘッドの温度が室温にまで達したならば、それを分解して、蓄冷材の交換や清掃など、必要なメンテナンス作業を行なう。この後、コールドヘッド３３内の空気を作動ガスに置換し、４m連結管１１及び１m連結管１２の各セルフシーリング・カップリング１４，１５の結合を行なう。
【００３１】
以上のようにして、コールドヘッド３３のメンテナンスが行なわれ、パルス管冷凍機の運転再開が可能になる。
【００３２】
コールドヘッド３３のみのメンテナンスを行なう場合には、コールドヘッド３３の昇温工程が必ず必要になる。このため、バルブユニット３２のみのメンテナンスを行なう場合に比べて、メンテナンスに要する時間が長くなる。しかしながら、メンテナンスの対象となる構成部品以外については、その内部が大気に曝されることがないので、大気と作動ガスとの置換等の作業が不要になり、作業工程の簡素化、作業時間の短縮を実現することができる。
【００３３】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３４】
図２のパルス管冷凍機は、２段式パルス管冷凍機であって、１段目蓄冷器２１ａ、１段目パルス管２１ｂ、１段目低温端連結部２１ｃ、２段目蓄冷器２１ｄ、２段目パルス管２１ｅ、及び２段目低温端連結部２１ｆを備えたコールドヘッド２１と、１段目パルス管２１ｂの高温端に連結管により接続される１段目バッファータンク２２と、２段目パルス管２１ｅの高温端に連結管により接続される２段目バッファータンク２３と、バルブユニット３２とコールドヘッド２１との間を連結する連結管の途中に設けられたセルフシーリング・カップリング２４と、コールドヘッド２１と１段目バッファータンク２２及び２段目バッファータンク２３のそれぞれを接続する連結管の、コールドヘッド２１近傍に設けられたセルフシーリング・カップリング２５，２６とを備えている。
【００３５】
バルブユニット３２とコールドヘッド２１とを接続する連結管は、例えば、外径１２．７mm、内径１０．５mm、長さ２０cmのＣｕ管、ＳＵＳ管、あるいは樹脂チューブからなる連結管であって、そのほぼ中央にセルフシーリング・カップルが設けられている。また、２つのバッファータンク２２，２３とコールドヘッド２１とを接続する連結管は、上記外径及び内径を有する長さ１ｍの連結管である。
【００３６】
本実施の形態によるパルス管冷凍機においても、第１の実施の形態の場合と同様にして、簡素な工程で、かつ短時間で、メンテナンスを行なうことができる。
【００３７】
なお、２段式パルス管冷凍機では、バルブユニット３２とコールドヘッド２１とを接続する連結管が長くなると（例えば、１ｍ以上になると）冷凍性能が著しく低下するので、第１の実施例のように、これらの間の距離を大きくすることは避けた方が良い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、パルス管冷凍機の各構成要素を連結する連結管にセルフシーリング・カップリングを設けるようにしたことで、いずれかの構成要素のみのメンテナンスを行なう際の作業行程を簡素化し、作業時間の短縮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の実施の形態によるパルス管冷凍機の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるパルス管冷凍機の構成を示す図である。
【図３】従来のパルス管冷凍機の構成を示す図である。
【符号の説明】
１１      ４m連結管
１２      １m連結管
１３，１４，１５      セルフシーリング・カップリング
２１      コールドヘッド
２２      １段目バッファータンク
２３      ２段目バッファータンク
２４，２５，２６      セルフシーリング・カップリング
３１      圧縮機
３２      バルブユニット
３３      コールドヘッド
３４      バッファータンク
３５      高圧配管
３６      低圧配管
３７      セルフシーリング・カップリング
【図１】
0003895516.tif 000002
【図２】
0003895516.tif 000003
【図３】
0003895516.tif 000004