パルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置
【課題】冷却効率が向上するパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置を提供すること。
【解決手段】オリフィス配管９には、給気弁２および排気弁３の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が設けられ、ダブルインレット配管６には、給気弁２および排気弁３の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が設けられている。
【解決手段】オリフィス配管９には、給気弁２および排気弁３の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が設けられ、ダブルインレット配管６には、給気弁２および排気弁３の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスチューブ冷凍機は蓄冷式冷凍機の一つで、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機、スターリング冷凍機に比べ、低温部に可動部がないため、信頼性の高い冷凍機である。ただし、膨張空間にピストン、あるいはディスプレーサがないため、冷凍サイクルを成立させるために、様々な位相制御機構が考案されている。
【０００３】
その中の代表的な一つの制御機構として、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機がある（例えば、特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２７３０８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４１４２号公報
【特許文献３】特開２００９−６３２０９号公報
【特許文献４】特開２０００−３１０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オリフィス・ダブルインレット方式は、一般に、開閉弁が２つだけで、ＧＭ冷凍機と同等のことが行えるが、ダブルインレット配管側からパルス管へ流入した冷媒ガスの一部がオリフィス配管を通ってバッファタンクへ流入してしまうという課題がある。この流入ガスは、寒冷発生に寄与せず、流量増と中間圧バッファの圧力増につながるため、冷却効率が低下する要因となっている。
【０００６】
本発明は上記実情を鑑みてなされたもので、冷却効率が向上するパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられ、前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却効率が向上するパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の概略構成図。
【図２】同実施形態のパルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルを示すタイミングチャート。
【図３】無効な圧縮ガスの流れと理想的な圧縮ガスの流れを説明するための第１の概念図。
【図４】無効な圧縮ガスの流れと理想的な圧縮ガスの流れを説明するための第２の概念図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成図。
【図６】同実施形態において冷却ステージの温度が高いときにオリフィス開閉弁が開いている時間を長くした場合の冷凍サイクルの例を示すタイミングチャート。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る超電導磁石装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
最初に、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の概略構成を示す構成図である。
【００１５】
この第１の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機は、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機であり、圧縮機１、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、給排気配管４、蓄冷器５、ダブルインレット配管６、冷却ステージ７、パルス管８、オリフィス配管９、バッファタンク１０、ダブルインレット流量調整部１１、オリフィス流量調整部１２、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）などを備えている。
【００１６】
圧縮機１は、高低圧力源（圧力発振源）を構成し、冷媒ガスの圧縮を行う。
【００１７】
給気弁２（Ｖ１）は、圧縮機１により圧縮された冷媒ガスをコールドヘッド（図示せず）へ供給する流路にて開閉動作する開閉弁である。
【００１８】
排気弁３（Ｖ２）は、使用後の冷媒ガスを圧縮機１に戻す流路にて開閉動作する開閉弁である。
【００１９】
蓄冷器５は、内部で往復流動する冷媒ガスと熱交換を行う蓄冷材が充填されたものであり、高温端が給排気配管４を介して給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）に連通すると共に、パルス管８の高温端に連通し、低温端が冷却ステージ７を介してパルス管８の低温端に連通する。
【００２０】
ダブルインレット配管６は、給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）（あるいは、蓄冷器５の高温端）と、パルス管８の高温端に連通する。
【００２１】
冷却ステージ７は、蓄冷器５の低温端とパルス管８の低温端とに連通する流路に設けられ、冷却サイクルで生じる寒冷により被冷却物を冷却する。
【００２２】
パルス管８は、内部で冷媒ガスが膨張することで寒冷を発生させる中空の筒体であり、高温端がダブルインレット配管６を介して給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）に（あるいは蓄冷器５の高温端に）連通すると共に、オリフィス配管９を介してバッファタンク１０に連通し、低温端が冷却ステージ７を介して蓄冷器５の低温端に連通する。
【００２３】
オリフィス配管９は、パルス管８の高温端とバッファタンク１０に連通する。
【００２４】
バッファタンク１０は、中間圧力源を構成し、オリフィス配管９を介してパルス管８の高温端に連通する。
【００２５】
ダブルインレット流量調整部１１は、ダブルインレット配管６に設けられ、ダブルインレット配管６を流れる冷媒ガスの流量を調整する。
【００２６】
オリフィス流量調整部１２は、オリフィス配管９に設けられ、オリフィス配管９を流れる冷媒ガスの流量を調整する。
【００２７】
特に、ダブルインレット配管６には、給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が設けられる。また、オリフィス配管９には、給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が設けられる。
【００２８】
制御装置１００は、所定のシーケンスに従って、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が周期的に開閉動作するよう制御することにより、パルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルを実施する。
【００２９】
なお、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）は、１つの機械式開閉弁の中に収められていてもよい。例えば、１つのロータリー弁あるいは１つのスプール弁により、上記４つの開閉弁の周期的な開閉動作を実現するように構成する。その場合、装置を小型化することが可能となる。
【００３０】
次に、図２を参照して、本実施形態のパルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルについて説明する。
【００３１】
本実施形態に係るパルスチューブ冷凍機では、図２に示されるように、４つの開閉弁、すなわち、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）がそれぞれ周期的に開閉動作する冷凍サイクルが実施される。
【００３２】
４つの開閉弁が全て閉まっている状態から、まず、給気弁２（Ｖ１）とダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とが概略同時に開く。これにより、圧縮機１により圧縮された高圧の冷媒ガスが、蓄冷器５の高温端とパルス管８の高温端の両側から冷凍機コールドヘッド内に導入される。このとき、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）は閉まっているため、図３に示されるような無効な圧縮ガスの流れを阻止し、理想的な圧縮ガスの流れを形成することが可能となる。また、このとき、流量調整部１１は、ダブルインレット配管６からパルス管８に導入される冷媒ガスの量を調整する固定あるいは半固定の圧損部として機能する。なお、圧力調整部９を設けずに、代わりにダブルインレット配管６自身の圧損で流量を調整するように構成してもよい。
【００３３】
ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）は、給気弁２（Ｖ１）が閉まる前に閉まり、その後、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開く。高圧ガスが蓄冷器５→冷却ステージ７→パルス管８の方向に移動した後、給気弁２（Ｖ１）が閉まる。これにより、冷媒ガスの供給がない状態で、パルス管８内の冷媒ガスがバッファタンク１２に流れ出るため、パルス管８内の冷媒ガスが膨張し、温度が低下する。このとき、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が閉まっているため、図４に示されるような無効な圧縮ガスの流れを阻止し、理想的な圧縮ガスの流れを形成することが可能となる。
【００３４】
その後、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が閉まり、排気弁３（Ｖ２）とダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とが概略同時に開き、コールドヘッド内のガスが圧縮機１の低圧側圧力レベルにまで減圧される。
【００３５】
減圧完了後、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が閉まり、その後にオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開くと、冷媒ガスがパルス管８→冷却ステージ７→蓄冷器５の方向に押し出される。その後、排気弁３（Ｖ２）が閉まり、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が閉まると、最初に示したＶ１，Ｖ３を開ける昇圧過程の直前の状態となり、冷凍サイクルの１サイクル分が完了する。
【００３６】
この第１の実施形態によれば、オリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機において、寒冷発生に寄与せず非効率の要因となっている冷媒ガスの流れを抑制できるため、冷凍能力を向上させることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）の両方が設けられる場合を例示したが、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）のいずれか一方のみが設けられる構成としてもよい。その場合も、冷凍能力を向上させることができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、前述の第１の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３９】
この第２の実施形態では、前述の４つの開閉弁の制御を実施することに加え、冷却ステージ７の温度に応じてダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）やオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）の開閉タイミング、あるいはバッファタンク１０の容積、あるいはバッファタンク１０の内部ガス温度を変化させる制御を実施する。
【００４０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す構成図である。
【００４１】
図５に示されるように、第２の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機は、図１に示した構成要素に加え、温度センサ２１、バッファタンク容積制御機構２２、およびバッファタンク温度制御機構２３を備えている。なお、バッファタンク容積制御機構２２とバッファタンク温度制御機構２３のうち、いずれか一方のみが設けられるようにしてもよい。
【００４２】
温度センサ２１は、冷却ステージ７に設置され、冷却ステージ７の温度を検出する。温度センサ２１が検出した結果は検出信号として制御装置１００Ａに伝えられる。
【００４３】
バッファタンク容積制御機構２２は、バッファタンク１０の容積を増減させる機構である。
【００４４】
バッファタンク温度制御機構２３は、バッファタンク１０の内部ガスの温度を変化させる機構である。
【００４５】
制御装置１００Ａは、前述のように給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）の開閉動作を制御する機能のほか、次のような機能を備えている。
【００４６】
制御装置１００Ａは、冷凍機運転中に、温度センサ２１の検出信号を監視し、冷却ステージ７の温度上昇／温度下降に連動して、バッファタンク容積制御機構２２を通じてバッファタンク１０の容積を大きく／小さくする、あるいはバッファタンク温度制御機構２３を通じてバッファタンク１０の内部ガスの温度を低くする／高くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。
【００４７】
さらに、制御装置１００Ａは、上述のバッファタンク１０の容積や内部ガス温度を制御する代わりに、冷凍機運転中、冷却ステージ７の温度上昇／温度下降に連動して、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間を短くする／長くする、あるいはオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くする／短くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。この機能を用いる場合、バッファタンク容積制御機構２２およびバッファタンク温度制御機構２３の設置は不要となる。
【００４８】
すなわち、本実施形態においては、冷却ステージ７での冷却温度が高い場合は、パルス管８の温度勾配が小さいので、例えば、バッファタンク１０の容積を増加させるか、あるいはバッファタンク１０内の冷媒ガスの温度を低下させるか、あるいはオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くする等の制御を行うことによって、オリフィス配管９からバッファタンク１０内への膨張ガス量を増加させる。冷媒ガスの膨張容積を大きくとっても、シャトル損失等の冷凍損失は小さいため、効率を向上させることができる。また、冷却ステージ７での冷却温度が高い場合は、冷凍機内に流入する冷媒ガスの流量が少ないので、その流量を増加させるために、ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする制御を行い、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）からのガス流入を抑制することも有効となる。
【００４９】
図６は、冷却ステージ７の温度が高いときにオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くした場合の冷凍サイクルの例を示している。
【００５０】
図６に示されるように、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間は、図２に示したものよりも長くなっている。このとき、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間帯とオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間帯とが重ならないようにする。なお、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くするだけでなく、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間を短くするようにしてもよい。
【００５１】
この第２の実施形態によれば、冷却ステージの温度が高い場合などに、その温度に応じた高効率な運転を実現する制御が行われるので、冷凍能力が一層向上し、例えば室温からの初期予冷過程における冷却時間を短縮することもできる。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、前述の第２の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５３】
この第３の実施形態では、前述の第２の実施形態（図５）で説明したオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を利用した超電導磁石装置について説明する。
【００５４】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る超電導磁石装置の概略構成を示す構成図である。
【００５５】
この第３の実施形態に係る超電導磁石装置は、前述の第２の実施形態（図５）で説明したオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイル３１を冷却するシステムを構成している。
【００５６】
上記冷凍機の冷却ステージ７は、伝熱板３２を介して超電導コイル３１に接続される。前述の温度センサ２１は超電導コイル３１に設置されており、温度センサ２１が検出した結果は検出信号として制御装置１００Ｂに伝えられる。
【００５７】
制御装置１００Ｂは、温度センサ２１の検出信号を監視し、超電導磁石のクエンチによる超電導コイルの温度上昇／温度下降に連動して、バッファタンク１０の容積を大きくする／小さくする、あるいはバッファタンクの内部ガスの温度を低くする／高くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。
【００５８】
さらに、制御装置１００Ｂは、上述のバッファタンク１０の容積や内部ガス温度を制御する代わりに、温度センサ２１の検出信号を監視し、超電導磁石のクエンチによる超電導コイル３１の温度上昇／温度下降に連動して、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くする／短くする、あるいはダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間を短くする／長くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。この機能を用いる場合、バッファタンク容積制御機構２２およびバッファタンク温度制御機構２３の設置は不要となる。
【００５９】
なお、冷凍サイクルの例については、前述の第２の実施形態において説明した通りである。
【００６０】
この第３の実施形態によれば、超電導コイルの温度が高い場合などに、その温度に応じた高効率な運転を実現する制御が行われるので、冷凍能力が一層向上し、例えば室温からの初期予冷過程における冷却時間を短縮することができるほか、超電導磁石冷却時において超電導コイルがクエンチした場合の温度上昇の際に、超電導コイルのクエンチ後の復帰時間を短縮することができる。
【００６１】
以上詳述したように、本発明の各実施形態によれば、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置において、冷却効率を向上させることが可能となる。
【００６２】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…蓄冷器、２…給気弁（Ｖ１）、３…排気弁（Ｖ２）、４…給排気配管、５…蓄冷器、６…ダブルインレット配管、７…冷却ステージ、８…パルス管、９…オリフィス配管、１０…バッファタンク、１１…ダブルインレット流量調整部、１２…オリフィス流量調整部、１３…ダブルインレット開閉弁（Ｖ３）、１４…オリフィス開閉弁（Ｖ４）、２１…温度センサ、２２…バッファタンク容積制御機構、２３…バッファタンク温度制御機構、３１…超電導コイル、３２…伝熱板、１００，１００Ａ，１００Ｂ…制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスチューブ冷凍機は蓄冷式冷凍機の一つで、ギフォード・マクマホン（ＧＭ）冷凍機、スターリング冷凍機に比べ、低温部に可動部がないため、信頼性の高い冷凍機である。ただし、膨張空間にピストン、あるいはディスプレーサがないため、冷凍サイクルを成立させるために、様々な位相制御機構が考案されている。
【０００３】
その中の代表的な一つの制御機構として、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機がある（例えば、特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２７３０８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２４１４２号公報
【特許文献３】特開２００９−６３２０９号公報
【特許文献４】特開２０００−３１０４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オリフィス・ダブルインレット方式は、一般に、開閉弁が２つだけで、ＧＭ冷凍機と同等のことが行えるが、ダブルインレット配管側からパルス管へ流入した冷媒ガスの一部がオリフィス配管を通ってバッファタンクへ流入してしまうという課題がある。この流入ガスは、寒冷発生に寄与せず、流量増と中間圧バッファの圧力増につながるため、冷却効率が低下する要因となっている。
【０００６】
本発明は上記実情を鑑みてなされたもので、冷却効率が向上するパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられ、前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却効率が向上するパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の概略構成図。
【図２】同実施形態のパルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルを示すタイミングチャート。
【図３】無効な圧縮ガスの流れと理想的な圧縮ガスの流れを説明するための第１の概念図。
【図４】無効な圧縮ガスの流れと理想的な圧縮ガスの流れを説明するための第２の概念図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成図。
【図６】同実施形態において冷却ステージの温度が高いときにオリフィス開閉弁が開いている時間を長くした場合の冷凍サイクルの例を示すタイミングチャート。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る超電導磁石装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
最初に、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の概略構成を示す構成図である。
【００１５】
この第１の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機は、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機であり、圧縮機１、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、給排気配管４、蓄冷器５、ダブルインレット配管６、冷却ステージ７、パルス管８、オリフィス配管９、バッファタンク１０、ダブルインレット流量調整部１１、オリフィス流量調整部１２、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）などを備えている。
【００１６】
圧縮機１は、高低圧力源（圧力発振源）を構成し、冷媒ガスの圧縮を行う。
【００１７】
給気弁２（Ｖ１）は、圧縮機１により圧縮された冷媒ガスをコールドヘッド（図示せず）へ供給する流路にて開閉動作する開閉弁である。
【００１８】
排気弁３（Ｖ２）は、使用後の冷媒ガスを圧縮機１に戻す流路にて開閉動作する開閉弁である。
【００１９】
蓄冷器５は、内部で往復流動する冷媒ガスと熱交換を行う蓄冷材が充填されたものであり、高温端が給排気配管４を介して給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）に連通すると共に、パルス管８の高温端に連通し、低温端が冷却ステージ７を介してパルス管８の低温端に連通する。
【００２０】
ダブルインレット配管６は、給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）（あるいは、蓄冷器５の高温端）と、パルス管８の高温端に連通する。
【００２１】
冷却ステージ７は、蓄冷器５の低温端とパルス管８の低温端とに連通する流路に設けられ、冷却サイクルで生じる寒冷により被冷却物を冷却する。
【００２２】
パルス管８は、内部で冷媒ガスが膨張することで寒冷を発生させる中空の筒体であり、高温端がダブルインレット配管６を介して給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）に（あるいは蓄冷器５の高温端に）連通すると共に、オリフィス配管９を介してバッファタンク１０に連通し、低温端が冷却ステージ７を介して蓄冷器５の低温端に連通する。
【００２３】
オリフィス配管９は、パルス管８の高温端とバッファタンク１０に連通する。
【００２４】
バッファタンク１０は、中間圧力源を構成し、オリフィス配管９を介してパルス管８の高温端に連通する。
【００２５】
ダブルインレット流量調整部１１は、ダブルインレット配管６に設けられ、ダブルインレット配管６を流れる冷媒ガスの流量を調整する。
【００２６】
オリフィス流量調整部１２は、オリフィス配管９に設けられ、オリフィス配管９を流れる冷媒ガスの流量を調整する。
【００２７】
特に、ダブルインレット配管６には、給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が設けられる。また、オリフィス配管９には、給気弁２（Ｖ１）および排気弁３（Ｖ２）の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が設けられる。
【００２８】
制御装置１００は、所定のシーケンスに従って、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が周期的に開閉動作するよう制御することにより、パルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルを実施する。
【００２９】
なお、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）は、１つの機械式開閉弁の中に収められていてもよい。例えば、１つのロータリー弁あるいは１つのスプール弁により、上記４つの開閉弁の周期的な開閉動作を実現するように構成する。その場合、装置を小型化することが可能となる。
【００３０】
次に、図２を参照して、本実施形態のパルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルについて説明する。
【００３１】
本実施形態に係るパルスチューブ冷凍機では、図２に示されるように、４つの開閉弁、すなわち、給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）がそれぞれ周期的に開閉動作する冷凍サイクルが実施される。
【００３２】
４つの開閉弁が全て閉まっている状態から、まず、給気弁２（Ｖ１）とダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とが概略同時に開く。これにより、圧縮機１により圧縮された高圧の冷媒ガスが、蓄冷器５の高温端とパルス管８の高温端の両側から冷凍機コールドヘッド内に導入される。このとき、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）は閉まっているため、図３に示されるような無効な圧縮ガスの流れを阻止し、理想的な圧縮ガスの流れを形成することが可能となる。また、このとき、流量調整部１１は、ダブルインレット配管６からパルス管８に導入される冷媒ガスの量を調整する固定あるいは半固定の圧損部として機能する。なお、圧力調整部９を設けずに、代わりにダブルインレット配管６自身の圧損で流量を調整するように構成してもよい。
【００３３】
ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）は、給気弁２（Ｖ１）が閉まる前に閉まり、その後、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開く。高圧ガスが蓄冷器５→冷却ステージ７→パルス管８の方向に移動した後、給気弁２（Ｖ１）が閉まる。これにより、冷媒ガスの供給がない状態で、パルス管８内の冷媒ガスがバッファタンク１２に流れ出るため、パルス管８内の冷媒ガスが膨張し、温度が低下する。このとき、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が閉まっているため、図４に示されるような無効な圧縮ガスの流れを阻止し、理想的な圧縮ガスの流れを形成することが可能となる。
【００３４】
その後、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が閉まり、排気弁３（Ｖ２）とダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とが概略同時に開き、コールドヘッド内のガスが圧縮機１の低圧側圧力レベルにまで減圧される。
【００３５】
減圧完了後、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が閉まり、その後にオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開くと、冷媒ガスがパルス管８→冷却ステージ７→蓄冷器５の方向に押し出される。その後、排気弁３（Ｖ２）が閉まり、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が閉まると、最初に示したＶ１，Ｖ３を開ける昇圧過程の直前の状態となり、冷凍サイクルの１サイクル分が完了する。
【００３６】
この第１の実施形態によれば、オリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機において、寒冷発生に寄与せず非効率の要因となっている冷媒ガスの流れを抑制できるため、冷凍能力を向上させることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）の両方が設けられる場合を例示したが、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）とオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）のいずれか一方のみが設けられる構成としてもよい。その場合も、冷凍能力を向上させることができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、前述の第１の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３９】
この第２の実施形態では、前述の４つの開閉弁の制御を実施することに加え、冷却ステージ７の温度に応じてダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）やオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）の開閉タイミング、あるいはバッファタンク１０の容積、あるいはバッファタンク１０の内部ガス温度を変化させる制御を実施する。
【００４０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す構成図である。
【００４１】
図５に示されるように、第２の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機は、図１に示した構成要素に加え、温度センサ２１、バッファタンク容積制御機構２２、およびバッファタンク温度制御機構２３を備えている。なお、バッファタンク容積制御機構２２とバッファタンク温度制御機構２３のうち、いずれか一方のみが設けられるようにしてもよい。
【００４２】
温度センサ２１は、冷却ステージ７に設置され、冷却ステージ７の温度を検出する。温度センサ２１が検出した結果は検出信号として制御装置１００Ａに伝えられる。
【００４３】
バッファタンク容積制御機構２２は、バッファタンク１０の容積を増減させる機構である。
【００４４】
バッファタンク温度制御機構２３は、バッファタンク１０の内部ガスの温度を変化させる機構である。
【００４５】
制御装置１００Ａは、前述のように給気弁２（Ｖ１）、排気弁３（Ｖ２）、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）、およびオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）の開閉動作を制御する機能のほか、次のような機能を備えている。
【００４６】
制御装置１００Ａは、冷凍機運転中に、温度センサ２１の検出信号を監視し、冷却ステージ７の温度上昇／温度下降に連動して、バッファタンク容積制御機構２２を通じてバッファタンク１０の容積を大きく／小さくする、あるいはバッファタンク温度制御機構２３を通じてバッファタンク１０の内部ガスの温度を低くする／高くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。
【００４７】
さらに、制御装置１００Ａは、上述のバッファタンク１０の容積や内部ガス温度を制御する代わりに、冷凍機運転中、冷却ステージ７の温度上昇／温度下降に連動して、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間を短くする／長くする、あるいはオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くする／短くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。この機能を用いる場合、バッファタンク容積制御機構２２およびバッファタンク温度制御機構２３の設置は不要となる。
【００４８】
すなわち、本実施形態においては、冷却ステージ７での冷却温度が高い場合は、パルス管８の温度勾配が小さいので、例えば、バッファタンク１０の容積を増加させるか、あるいはバッファタンク１０内の冷媒ガスの温度を低下させるか、あるいはオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くする等の制御を行うことによって、オリフィス配管９からバッファタンク１０内への膨張ガス量を増加させる。冷媒ガスの膨張容積を大きくとっても、シャトル損失等の冷凍損失は小さいため、効率を向上させることができる。また、冷却ステージ７での冷却温度が高い場合は、冷凍機内に流入する冷媒ガスの流量が少ないので、その流量を増加させるために、ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする制御を行い、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）からのガス流入を抑制することも有効となる。
【００４９】
図６は、冷却ステージ７の温度が高いときにオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くした場合の冷凍サイクルの例を示している。
【００５０】
図６に示されるように、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間は、図２に示したものよりも長くなっている。このとき、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間帯とオリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間帯とが重ならないようにする。なお、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くするだけでなく、ダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間を短くするようにしてもよい。
【００５１】
この第２の実施形態によれば、冷却ステージの温度が高い場合などに、その温度に応じた高効率な運転を実現する制御が行われるので、冷凍能力が一層向上し、例えば室温からの初期予冷過程における冷却時間を短縮することもできる。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、前述の第２の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５３】
この第３の実施形態では、前述の第２の実施形態（図５）で説明したオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を利用した超電導磁石装置について説明する。
【００５４】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る超電導磁石装置の概略構成を示す構成図である。
【００５５】
この第３の実施形態に係る超電導磁石装置は、前述の第２の実施形態（図５）で説明したオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイル３１を冷却するシステムを構成している。
【００５６】
上記冷凍機の冷却ステージ７は、伝熱板３２を介して超電導コイル３１に接続される。前述の温度センサ２１は超電導コイル３１に設置されており、温度センサ２１が検出した結果は検出信号として制御装置１００Ｂに伝えられる。
【００５７】
制御装置１００Ｂは、温度センサ２１の検出信号を監視し、超電導磁石のクエンチによる超電導コイルの温度上昇／温度下降に連動して、バッファタンク１０の容積を大きくする／小さくする、あるいはバッファタンクの内部ガスの温度を低くする／高くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。
【００５８】
さらに、制御装置１００Ｂは、上述のバッファタンク１０の容積や内部ガス温度を制御する代わりに、温度センサ２１の検出信号を監視し、超電導磁石のクエンチによる超電導コイル３１の温度上昇／温度下降に連動して、オリフィス開閉弁１４（Ｖ４）が開いている時間を長くする／短くする、あるいはダブルインレット開閉弁１３（Ｖ３）が開いている時間を短くする／長くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。この機能を用いる場合、バッファタンク容積制御機構２２およびバッファタンク温度制御機構２３の設置は不要となる。
【００５９】
なお、冷凍サイクルの例については、前述の第２の実施形態において説明した通りである。
【００６０】
この第３の実施形態によれば、超電導コイルの温度が高い場合などに、その温度に応じた高効率な運転を実現する制御が行われるので、冷凍能力が一層向上し、例えば室温からの初期予冷過程における冷却時間を短縮することができるほか、超電導磁石冷却時において超電導コイルがクエンチした場合の温度上昇の際に、超電導コイルのクエンチ後の復帰時間を短縮することができる。
【００６１】
以上詳述したように、本発明の各実施形態によれば、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置において、冷却効率を向上させることが可能となる。
【００６２】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…蓄冷器、２…給気弁（Ｖ１）、３…排気弁（Ｖ２）、４…給排気配管、５…蓄冷器、６…ダブルインレット配管、７…冷却ステージ、８…パルス管、９…オリフィス配管、１０…バッファタンク、１１…ダブルインレット流量調整部、１２…オリフィス流量調整部、１３…ダブルインレット開閉弁（Ｖ３）、１４…オリフィス開閉弁（Ｖ４）、２１…温度センサ、２２…バッファタンク容積制御機構、２３…バッファタンク温度制御機構、３１…超電導コイル、３２…伝熱板、１００，１００Ａ，１００Ｂ…制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載のパルスチューブ冷凍機において、
前記オリフィス開閉弁は、前記給気弁が開く前に閉まり、前記給気弁が閉まる前に開き、前記排気弁が開く前に閉まり、前記排気弁が閉まる前に開くことを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記オリフィス開閉弁が開いている時間を長くする手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項４】
冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項５】
請求項４に記載のパルスチューブ冷凍機において、
前記ダブルインレット開閉弁は、前記給気弁が開くのと概略同時に開き、前記給気弁が閉まる前に閉まり、前記排気弁が開くのと概略同時に開き、前記排気弁が閉まる前に閉まることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項７】
冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられ、
前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項８】
請求項７に記載のパルスチューブ冷凍機において、
前記オリフィス開閉弁は、前記給気弁が開く前に閉まり、前記給気弁が閉まる前に開き、前記排気弁が開く前に閉まり、前記排気弁が閉まる前に開き、
前記ダブルインレット開閉弁は、前記給気弁が開くのと概略同時に開き、前記給気弁が閉まる前に閉まり、前記排気弁が開くのと概略同時に開き、前記排気弁が閉まる前に閉まることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機において、
それぞれの弁の周期的な開閉動作が１つのロータリー弁あるいは１つのスプール弁で実現されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記バッファタンクの容積あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を変える手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記バッファタンクの容積を大きくする、あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を低くする、あるいはこれらの両方を実施する手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイルを冷却することを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１３】
請求項１乃至３、７乃至１１のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイルを冷却する超電導磁石装置において、
前記超電導コイルの温度上昇に連動して、前記オリフィス開閉弁が開いている時間を長くする手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１４】
請求項４乃至１１のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイルを冷却する超電導磁石装置において、
前記超電導コイルの温度上昇に連動して、前記ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の超電導磁石装置において、
超電導コイルの温度上昇に連動して、前記バッファタンクの容積を大きくする、あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を低くする、あるいはこれらの両方を実施する手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１】
冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載のパルスチューブ冷凍機において、
前記オリフィス開閉弁は、前記給気弁が開く前に閉まり、前記給気弁が閉まる前に開き、前記排気弁が開く前に閉まり、前記排気弁が閉まる前に開くことを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記オリフィス開閉弁が開いている時間を長くする手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項４】
冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項５】
請求項４に記載のパルスチューブ冷凍機において、
前記ダブルインレット開閉弁は、前記給気弁が開くのと概略同時に開き、前記給気弁が閉まる前に閉まり、前記排気弁が開くのと概略同時に開き、前記排気弁が閉まる前に閉まることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項７】
冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられ、
前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項８】
請求項７に記載のパルスチューブ冷凍機において、
前記オリフィス開閉弁は、前記給気弁が開く前に閉まり、前記給気弁が閉まる前に開き、前記排気弁が開く前に閉まり、前記排気弁が閉まる前に開き、
前記ダブルインレット開閉弁は、前記給気弁が開くのと概略同時に開き、前記給気弁が閉まる前に閉まり、前記排気弁が開くのと概略同時に開き、前記排気弁が閉まる前に閉まることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機において、
それぞれの弁の周期的な開閉動作が１つのロータリー弁あるいは１つのスプール弁で実現されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記バッファタンクの容積あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を変える手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機において、
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記バッファタンクの容積を大きくする、あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を低くする、あるいはこれらの両方を実施する手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイルを冷却することを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１３】
請求項１乃至３、７乃至１１のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイルを冷却する超電導磁石装置において、
前記超電導コイルの温度上昇に連動して、前記オリフィス開閉弁が開いている時間を長くする手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１４】
請求項４乃至１１のいずれか１項に記載のパルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイルを冷却する超電導磁石装置において、
前記超電導コイルの温度上昇に連動して、前記ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の超電導磁石装置において、
超電導コイルの温度上昇に連動して、前記バッファタンクの容積を大きくする、あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を低くする、あるいはこれらの両方を実施する手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５７８７１（Ｐ２０１２−５７８７１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２０９４（Ｐ２０１０−２０２０９４）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
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