[发明专利]脉冲管冷冻机

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲管冷冻机，尤其涉及使用了蓄冷器盒(cartridge)的脉冲管冷冻机。

背景技术

一般，脉冲管冷冻机由压力振动发生器、蓄冷器、脉冲管、相位调节机构等构成。该脉冲管冷冻机同GM冷冻机或斯特林冷冻机相比，静音性优异，所以期待着用于核磁共振诊断装置(NMR)、电子显微镜等各种检查及分析仪的冷却装置。

图1是作为以往一例的脉冲管冷冻机的主要部位结构图。脉冲管冷冻机，其构成大致具备：氦压缩机1、蓄冷器2、切换阀3、相位调节机构5、脉冲管6、真空法兰7及致冷台(コ一ルドステ一ジ)8等。

氦压缩机1和切换阀3具有使成为工作气体的氦气发生压力振动的压力振动发生器的功能，经由配管16同蓄冷器2的高温端连接。切换阀3按规定周期进行切换动作，由此，将由氦压缩机1生成的高压的氦气，按规定周期向蓄冷器2供给。

蓄冷器2包括设在真空法兰7和致冷台8之间的蓄冷器筒10、和收纳在该蓄冷器筒10内的蓄冷材料9。作为蓄冷材料9，例如可以使用铜材、或者不锈钢材及其它金属的纤维、或者振动金属(パンチングメタル)，按规定的密度充填在蓄冷器筒10内。从氦压缩机1供给的工作气体，在通过该蓄冷器2的期间，与蓄冷材料9之间进行热交换，在蓄冷材料9中蓄冷。

脉冲管6也设在真空法兰7和致冷台8之间，在其低温端设有低温端热交换器11(还内设有整流器)，并且，在高温端设有高温端热交换器12(还内设有整流器)。另外，成为在蓄冷器2的低温端和脉冲管6的低温端之间，通过形成于致冷台8的连通路4连通的结构。另外，在蓄冷器2及脉冲管6中，图中箭头X1方向端部成为高温端，箭头X2方向端部成为低温端。

此外，在真空法兰7的上部配设有相位调节机构5。在该相位调节机构5的内部，除了上述的配管16以外，还内设有未图示的小孔及缓冲筒等。该小孔及缓冲筒同脉冲管6的高温侧连接。由于该相位调节机构5的底面(以下称为调节机构底面15)直接与蓄冷器2及脉冲管6的高温端连接，所以被直接施加工作气体的压力。因此，相位调节机构5使用螺栓13被强固地固定在真空法兰7上。此外，在真空法兰7的上表面(以下称为凸缘上表面14)和调节机构底面15之间，设置有用于防止工作气体泄漏的密封部件17。

上述脉冲管冷冻机在处于运行模式时切换切换阀3，使被压缩机1压缩的高压氦气流入蓄冷器2。流入蓄冷器2的氦气，被配设在蓄冷器2内的蓄冷材料9冷却，一边降低温度，一边从蓄冷器2的低温端通过连接通路4向低温端热交换器11流入，再次被冷却后，流入脉冲管6。

在脉冲管6内已存在的低压气体被新流入的工作气体压缩，所以，脉冲管6内的压力高于配设在相位调节机构5内的缓冲筒内的压力。因此，脉冲管6内的工作气体通过配设在相位调节机构5内的小孔，流入缓冲筒。

接着，在氦压缩机1回收蓄冷器2及脉冲管6的氦气的模式，切换切换阀3，脉冲管6内的工作气体流入蓄冷器2的低温端，通过蓄冷器2内，经由高温端及配管16回收给压缩机1。

如前所述，与脉冲管6的高温端连接的相位调节机构5具有与脉冲管6连接的小孔及缓冲筒，所以压力变动的相位和工作气体的体积变化的相位，具有固定的相位差而变化。通过该相位差，在脉冲管6的低温端发生伴随工作气体的膨胀的寒冷，通过重复实施上述工序，发挥作为冷冻机的作用。

但是，图1所示的脉冲管冷冻机是将蓄冷材料9直接填充在蓄冷器筒10中的一体结构。因此，在脉冲管冷冻机的运行时，在氦气中的杂质(例如，水分以及其它液体等)结冰的情况下，有可能在蓄冷材料19中引起堵塞，冷却性能减弱。

在该情况下，只要使各个部分升温而除去结冰的液体部分就可以，但在杂质例如是来自氦压缩机1的油等的情况下，即使升温该部分，也难除去这些杂质，需要交换蓄冷材料9。在实施该维护的情况下，为了进行从冷却对象物(未图示)卸下脉冲管冷冻机、将蓄冷材料9换成新的蓄冷材料的作业，存在会导致工作效率下降的问题。而且，在与新蓄冷材料的交换结束后，需要再次的冷却操作，存在需要庞大的费用、工时以及时间的问题。

因此，例如专利文献1所公开的那样，提出了将蓄冷材料9收纳在蓄冷器盒内，并且将该蓄冷器盒安装在蓄冷器筒10上、或者从该蓄冷器筒10卸下，由此可进行冷却维护的脉冲管冷冻机。图2是表示使用了蓄冷器盒18的以往脉冲管冷冻机的一例的主要部位结构图。另外，在图2中，对于与图1所示的结构相同的结构，付与相同附图标记，并省略其说明。