(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッファタンクを備えたパルス管冷凍機において、
少なくとも一つのバッファタンクが、他のバッファタンクに内蔵されていることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
前記バッファタンクが、コールドヘッドと一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のパルス管冷凍機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパルス管冷凍機を用いた低温装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス管冷凍機及び低温装置に係り、特に、二段式あるいは多段式のパルス管冷凍機を小型・軽量化することが可能なパルス管冷凍機、及び、これを用いた低温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動作ガスの圧力変化と体積変化との位相差を利用して、極低温を発生するパルス管冷凍機が、例えば特開平７−３１０９６１に記載されている。
【０００３】
このパルス管冷凍機の一つに、図１に示す如く、高圧及び低圧を発生する圧縮機１０と、高圧配管１２及び低圧配管１４を介して該圧縮機１０に接続され、連結管１８を介して、高圧及び低圧を交互にコールドヘッド２０に接続させるバルブユニット１６と、上端が室温とされ、下端の低温端２２Ａを第１の所定温度に冷却する一段目パルス管２２、該一段目パルス管２２で発生された低温を蓄えるための、一段目低温端２２Ａと連結部２６で連結された一段目蓄冷器２４、上端が室温とされ、下端の低温端２８Ａを、前記一段目低温端２２Ａよりも低い第２の所定温度に冷却する二段目パルス管２８、及び、該二段目パルス管２８で発生された低温を蓄えるための、二段目低温端２８Ａと連結部３２で連結された二段目蓄冷器３０を含むコールドヘッド２０と、前記一段目パルス管２２及び二段目パルス管２８に供給されるガスの位相を制御するための、オリフィス４１〜４４、バッファタンク５０、５２によって構成される位相制御機構と、を含む二段式パルス管冷凍機が知られている。
【０００４】
図において、６０は、コールドヘッド２０の上部（室温部）に配設されたハウジングである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、一段目と二段目のバッファタンク５０、５２が独立して設けられていたため、各バッファタンク毎に耐圧構造が必要であり、冷凍機の構造が複雑化し、重量も重くなるという問題点を有していた。
【０００６】
なお、特開２００１−３５５９２９では、図２に示す如く、バッファタンク５０と５２をハウジング６０と一体化することが記載されているが、やはりバッファタンク４４と４６にはそれぞれ耐圧構造が必要となり、冷凍機の構造が複雑化して、重量も重くなるという問題点を有していた。
【０００７】
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、二段式あるいは多段式パルス管冷凍機を小型・軽量化することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のバッファタンクを備えたパルス管冷凍機において、少なくとも一つのバッファタンクを、他のバッファタンクに内蔵することにより、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、前記バッファタンクを、コールドヘッドと一体化したものである。
【００１０】
本発明は、又、前記のパルス管冷凍機を用いた低温装置を提供するものである。
【００１１】
【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。
【００１２】
本発明の第１実施形態は、図３に示す如く、図２に示した従来例と同様の二段式パルス管冷凍機において、バッファタンク５２をバッファタンク５０に内蔵して、バッファタンク５０と５２を入れ子構造としたものである。即ち、バッファタンク５０がバッファタンク５２を取り囲み、バッファタンク５０と５２は、例えばＯリング６２を用いて互いに気密とされている。
【００１３】
前記バッファタンク５０は、例えば板厚２０ｍｍ程度のアルミニウム合金、ステンレス、銅、チタン合金等、強耐圧（１ＭＰａ以上）の材料で構成される。
【００１４】
一方、バッファタンク５０と５２間の差圧は小さい（０．０５ＭＰａ以下）ので、囲まれるバッファタンク５２は耐圧構造が必要でなく、気密構造だけでよい。
【００１５】
一段目パルス管２２とオリフィス４２を介して連通される前記バッファタンク５０の容積は、例えば０．２〜３リットルとされ、二段目パルス管２８とオリフィス４４を介して連通される前記バッファタンク５２の容積は、例えば０．１〜２．９リットルとされる。
【００１６】
このように、大容積が必要とされる一段目のバッファタンク５０を外側にすることによって、全体を一層小型化できる。
【００１７】
なお、他の要因によって、逆に、第２のバッファタンク５２を一段目パルス管２２と連通し、第１のバッファタンク５０を二段目パルス管２８と連通する構造も可能である。
【００１８】
又、バッファタンク５０、５２の断面形状は、他の要因によって、例えば、円形、長方形、楕円形、菱形等にされる。
【００１９】
次に、図４を参照して、三段式パルス管冷凍機に適用した本発明の第２実施形態を説明する。
【００２０】
本実施形態は、連結部２６で下端（低温端）が連結された一段目パルス管２２及び一段目蓄冷器２４と、連結部３２で下端（低温端）が連結された二段目パルス管２８及び二段目蓄冷器３０に加えて、更に、連結部３８で下端（低温端）が連結された三段目パルス管３４及び三段目蓄冷器３６を備えた三段式パルス管冷凍機に本発明を適用したもので、例えばオリフィス４２を介して一段目パルス管２２と連通された第１のバッファタンク５０が、オリフィス４４を介して二段目パルス管２８と連通された第２のバッファタンク５２、及び、オリフィス４６を介して三段目パルス管３４と連通された第３のバッファタンク５４を共に囲んで内蔵して、バッファタンク５０と、５２、５４が入れ子構造となるようにしたものである。即ち、第１のバッファタンク５０が、第２のバッファタンク５２及び第３のバッファタンク５４を並列的に取り囲み、例えばＯリング６２、６４を用いて気密とされている。
【００２１】
ここで、前記第１のバッファタンク５０のみが、例えば板厚２０ｍｍ程度のアルミニウム合金、ステンレス、銅、チタン合金等の強耐圧（１ＭＰａ以上）の材料で構成される。
【００２２】
一方、バッファタンク５０と５２間、バッファタンク５０と５４間の差圧は小さい（０．０５ＭＰａ以下）ので、第１のバッファタンク５０によって囲まれる第２及び第３のバッファタンク５２、５４は耐圧構造が必要でなく、気密構造だけでよい。
【００２３】
前記第１のバッファタンク５０の容積は、例えば０．３〜５リットル、第２及び第３のバッファタンク５２、５４の容積は、例えば０．１〜４．９リットルとされる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、第１のバッファタンク５０が一段目パルス管２２と連通され、第２のバッファタンク５２が二段目パルス管２８と連通され、第３のバッファタンク５４が三段目パルス管３６と連通されていたので、全体を一層小型化できるが、他の要因によって、各バッファタンクとパルス管を連通する順番は、これに限定されない。即ち、一般的に一番容積が大きい一段目のバッファタンクを外側とすることが好ましいが、二段目あるいは三段目のバッファタンクを外側とすることも勿論可能である。
【００２５】
又、バッファタンク５０、５２、５４の断面形状は、他の要因によって、円形、長方形、楕円形、菱形等にされる。
【００２６】
本実施形態においては、２つのバッファタンク５２、５４が１つのバッファタンク５０に内蔵されていたので、構造が簡略で、気密も容易であるが、各バッファタンクを内蔵する構成はこれに限定されず、例えば第３のバッファタンク５４を第２のバッファタンク５２に内蔵して三重構成としたり、第１のバッファタンク５０及び第２のバッファタンク５２を共に耐圧構造として、第１又は第２のバッファタンクの中に第３のバッファタンク５４のみを内蔵する構成とすることも可能である。
【００２７】
又、前記実施形態においては、いずれも、バッファタンクがコールドヘッドと一体化されていたが、図１に示した従来例のように、バッファタンクをコールドヘッドと別置きとすることも可能である。
【００２８】
本発明は、二段式又は多段式パルス冷凍機を使った、各種超電導磁石装置、各種センサ冷却システム、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、理化学機器等に適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、内蔵されるバッファタンクは気密構造だけで耐圧構造が必要ないため、冷凍機を小型・軽量化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の二段式パルス管冷凍機の一例の構成を示す断面図
【図２】特開２００１−３５５９２９で提案された二段式パルス管冷凍機の構成を示す断面図
【図３】本発明が適用されたパルス管冷凍機の第１実施形態の構成を示す断面図
【図４】同じく第２実施形態の構成を示す断面図
【符号の説明】
１０…圧縮機
１６…バルブユニット
２０…コールドヘッド
２２、２８、３４…パルス管
２４、３０、３６…蓄冷器
４１〜４６…オリフィス
５０、５２、５４…バッファタンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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