パルスチューブ冷凍機
【課題】本発明では、従来に比べて、蓄冷管とパルス管の間に良好な整流機能を有するパルスチューブ冷凍機を提供することを目的とする。
【解決手段】パルス管の低温端と蓄冷管の低温端が連通路により連通されたパルスチューブ冷凍機であって、前記連通路の前記パルス管の低温端側には、熱交換器が設置され、該熱交換器は、第１の金網と、第２の金網との、少なくとも２層からなる積層体を有し、前記第１の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第２の金網は、銅または銅合金製であり、両金網同士の界面は、拡散接合されており、前記第１の金網の網目は、前記第２の金網の網目よりも小さく、前記熱交換器は、前記積層体の前記第１の金網の側が前記蓄冷管の低温端から最も遠ざかるようにして、前記連通路内に設置されることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【解決手段】パルス管の低温端と蓄冷管の低温端が連通路により連通されたパルスチューブ冷凍機であって、前記連通路の前記パルス管の低温端側には、熱交換器が設置され、該熱交換器は、第１の金網と、第２の金網との、少なくとも２層からなる積層体を有し、前記第１の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第２の金網は、銅または銅合金製であり、両金網同士の界面は、拡散接合されており、前記第１の金網の網目は、前記第２の金網の網目よりも小さく、前記熱交換器は、前記積層体の前記第１の金網の側が前記蓄冷管の低温端から最も遠ざかるようにして、前記連通路内に設置されることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスチューブ冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より極低温環境が必要となる装置、例えば、核磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）等を冷却する際には、パルスチューブ冷凍機が使用されている。
【０００３】
パルスチューブ冷凍機では、圧縮機により圧縮された作動流体である冷媒ガス（例えば、ヘリウムガス）が蓄冷管およびパルス管に流入する動作と、パルス管および蓄冷管から冷媒ガスが排出され、圧縮機に回収される動作を繰り返すことで、蓄冷管およびパルス管の低温端に寒冷が形成される。
【０００４】
パルスチューブ冷凍機の蓄冷管は、内部に蓄冷材を有する筒状部材（シリンダ）で構成され、パルス管は、中空の筒状部材（シリンダ）で構成される。両シリンダの低温端は、連通路で連通されており、この位置に、被冷却体が接続される冷却ステージが設置される。
【０００５】
一般に、パルス管の低温端側には熱交換器が設置され、この熱交換器の内部には、銅製の金網が充填される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のパルスチューブ冷凍機において、パルス管の低温端側の熱交換器部分には、銅製の金網が充填され、使用される。金網が使用されるのは、冷媒ガスが蓄冷管からパルス管に流入する際に、冷媒ガスの速度に大きな差異が生じないようにするため、すなわち冷媒ガスの整流効果を高めるためである。
【０００８】
しかしながら、銅製の金網では、加工技術およびコスト上の制約から、メッシュの大きなもの（網目の細かいもの）を製作することが難しいという問題がある。そのため、通常の場合、銅製の金網のメッシュは、＃１００未満（例えば＃８０）になっている。
【０００９】
しかしながら、このようなメッシュの金網では、冷媒ガスに十分な整流効果が得られない場合がある。また、整流効果が不十分な場合、パルス管内を流れるガスの流束（ガスピストン）に乱れが生じ、その結果、パルスチューブ冷凍機の冷凍性能が低下してしまうという問題が生じ得る。
【００１０】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、従来に比べて、蓄冷管とパルス管の間に良好な整流機能を有するパルスチューブ冷凍機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】
【００１１】
本発明では、パルス管の低温端と蓄冷管の低温端が連通路により連通されたパルスチューブ冷凍機であって、
前記連通路の前記パルス管の低温端側には、熱交換器が設置され、
該熱交換器は、第１の金網と、第２の金網との、少なくとも２層からなる積層体を有し、
前記第１の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第２の金網は、銅または銅合金製であり、
両金網同士の界面は、拡散接合されており、
前記第１の金網の網目は、前記第２の金網の網目よりも小さく、
前記熱交換器は、前記積層体の前記第１の金網の側が前記蓄冷管の低温端から最も遠ざかるようにして、前記連通路内に設置されることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。
【００１２】
本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体は、さらに、前記第２の金網の、前記第１の金網とは反対の側に、第３の金網を有し、該第３の金網の、前記第２の金網とは反対の側には、第４の金網が積層され、
前記第３の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第４の金網は、銅または銅合金製であり、
各金網同士の界面は、拡散接合されていても良い。
【００１３】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体は、全体を通して、銅または銅合金とは別の金属で構成された金網と、銅または銅合金製の金網との交互繰り返し構造で構成され、
各金網同士の界面は、拡散接合されていても良い。
【００１４】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体は、前記第２の金網の前記第１の金網とは反対の側に、複数の銅または銅合金製の金網が直接積層された部分を有し、
前記部分における前記複数の銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、前記第１の金網の側から、前記積層体の積層方向に沿って、連続的にまたは段階的に増加しても良い。
【００１５】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の網目の寸法は、０．０２ｍｍ〜０．５８ｍｍの範囲であっても良い。
【００１６】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、０．０５ｍｍ〜１．１４ｍｍの範囲であっても良い。
【００１７】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の少なくとも一つは、ステンレス鋼もしくはニッケルで構成されても良い。
【００１８】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、各銅または銅合金とは別の金属で構成された金網は、同一の材料で構成されても良い。
【００１９】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体の側面は、前記連通路を構成する壁と拡散接合されていても良い。
【００２０】
あるいは、前記積層体は、銅または銅合金製の筐体内に収容され、
前記積層体の側面は、前記筐体の内壁と拡散接合されていても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、従来に比べて、蓄冷管とパルス管の間に良好な整流機能を有するパルスチューブ冷凍機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるパルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。
【図２】熱交換器用の積層体１５０の一例の概略的な分解構成図である。
【図３】熱交換器用の別の積層体１５０Ａの一例の概略的な分解構成図である。
【図４】熱交換器１４９ｂ−２が配置された冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の模式的な断面図である。
【図５】別の熱交換器１４９ｂ−３が配置された冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面により本発明の形態を説明する。
【００２４】
図１には、本発明によるパルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示す。
【００２５】
図１に示すように、本発明によるパルスチューブ冷凍機１００は、圧縮機１１０と、蓄冷管１２０と、パルス管１４０と、冷却ステージ１８０と、バッファタンク１９０とを有する。蓄冷管１２０は、高温端１２５ａおよび低温端１２５ｂを有し、パルス管１４０は、高温端１４５ａおよび低温端１４５ｂを有する。
【００２６】
圧縮機１１０には、排気バルブ１１０ａおよび吸気バルブ１１０ｂが接続される。また、圧縮機１１０は、ガス流路１１２を介して、蓄冷管１２０の高温端１２５ａに接続されている。
【００２７】
蓄冷管１２０は、中空状のシリンダ１２１で構成され、その内部には、蓄冷材１２２が充填されている。シリンダ１２１は、例えばステンレス鋼等で構成される。
【００２８】
パルス管１４０は、例えばステンレス鋼製の中空状のシリンダ１４１で構成される。パルス管１４０の高温端１４５ａ側には、熱交換器１４９ａが設けられ、パルス管１４０の低温端１４５ｂ側には、熱交換器１４９ｂが設けられる。
【００２９】
蓄冷管１２０の低温端１２５ｂおよびパルス管１４０の低温端１４５ｂは、銅製の冷却ステージ１８０に接触、固定されている。また、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂおよびパルス管１４０の低温端１４５ｂは、冷却ステージ１８０内に設けられた連通路１８２で連通されている。冷却ステージ１８０は、図示しない被冷却対象に熱的に接続され、被冷却対象が冷却される。
【００３０】
バッファタンク１９０は、ガス流路１９２およびオリフィス１９４を介して、パルス管１４０の高温端１４５ａに接続されている。
【００３１】
なお、蓄冷管１２０およびパルス管１４０は、それぞれの高温端１２５ａおよび１４５ａがフランジ１１５に接続されており、これにより固定されている。
【００３２】
次に、このように構成されたパルスチューブ冷凍機の動作について簡単に説明する。
【００３３】
まず、排気バルブ１１０ａが開、吸気バルブ１１０ｂが閉の状態において、ガス圧縮機１１０から、高圧の冷媒ガスが排気バルブ１１０ａおよびガス流路１１２を介して、蓄冷管１２０に供給される。蓄冷管１２０内に流入した冷媒ガスは、蓄冷材１２２により冷却されて温度を下げながら、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから連通路１８２を通る。冷媒ガスは、パルス管１４０の低温端１４５ｂに設けられた熱交換器１４９ｂでさらに冷却されて、パルス管１４０の内部に流入する。
【００３４】
この際に、パルス管１４０の内部に予め存在していた低圧の冷媒ガスは、流入した高圧の冷媒ガスにより圧縮される。これにより、パルス管１４０内の冷媒ガスの圧力は、バッファタンク１９０内の圧力よりも高くなり、冷媒ガスは、オリフィス１９４およびガス流路１９２を通って、バッファタンク１９０に流入する。
【００３５】
次に、排気バルブ１１０ａを閉じ、吸気バルブ１１０ｂを開くと、パルス管１４０内の冷媒ガスは、低温端１４５ｂを通り、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂに流入する。さらに冷媒ガスは、蓄冷材１２２を冷却しながら蓄冷管１２０内を通過し、高温端１２５ａからガス流路１１２および吸気バルブ１１０ｂを通り、圧縮機１１０に回収される。
【００３６】
ここで、パルス管１４０は、オリフィス１９４を介して、バッファタンク１９０と接続されている。このため、冷媒ガスの圧力変動の位相と、冷媒ガスの体積変化の位相とは、一定の位相差で変化する。この位相差により、パルス管１４０の低温端１４５ｂにおいて、冷媒ガスの膨張による寒冷が発生する。パルスチューブ冷凍機１００は、上記の動作が反復されることで、冷却ステージ１８０に接続された被冷却対象を冷却することができる。
【００３７】
なお、前述のようなパルスチューブ冷凍機１００において、ある圧力を保持しながら、パルス管１４０内を上下に周期的に流れる冷媒ガスの動きは、しばしば「ガスピストン」と称される。
【００３８】
ところで、従来のパルスチューブ冷凍機では、パルス管の低温端側に設置される熱交換器には、銅または銅合金製（以下、両者を併せて、単に「銅（製）」と称する）の金網が充填、使用される。このような金網を使用するのは、冷媒ガスが蓄冷管からパルス管に流入する際に、冷媒ガスの速度に大きな差異が生じないようにするため、すなわち冷媒ガスの整流効果を得るためである。
【００３９】
しかしながら、銅製の金網では、加工技術およびコスト上の制約から、メッシュの大きなもの（網目の細かいもの）を製作することが難しいという問題がある。そのため、通常の場合、銅製の金網のメッシュは、＃１００未満（例えば＃８０）になっている。これは、金網の網目に換算すると、約０．１３４ｍｍ以上（例えば、約０．１３８ｍｍ〜約０．２１８ｍｍ）に相当する。
【００４０】
なお、本願において、「メッシュ」とは、１インチ（２５．４ｍｍ）の間にある目数を意味し、「網目」とは、金網の隣接する線部分同士間の距離（隙間の長さ）を意味する。
【００４１】
しかしながら、このようなメッシュまたは網目の金網では、冷媒ガスに十分な整流効果が得られない場合がある。また、整流効果が不十分な場合、前述のガスピストンに乱れが生じ、その結果、パルスチューブ冷凍機の冷凍性能が低下してしまうという問題が生じ得る。
【００４２】
これに対して、本発明によるパルスチューブ冷凍機では、パルス管１４０の低温端１４５ｂ側の熱交換器１４９ｂが、銅または銅合金とは別の金属で構成された金網（以下、「非銅製の金網」と称する）と、銅製の金網とを有する積層体１５０を備えるという特徴を有する。非銅製の金網には、銅製の金網に比べて、メッシュが大きく網目の細かいものが使用され、この積層体１５０は、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから最も遠ざかる位置に非銅製の金網がくるようにして、連通路１８２内に設置される。このため、本発明では、銅製の金網のみを積層して構成された従来の熱交換器に比べて、冷媒ガスの整流効果を高めることができる。
【００４３】
以下、本発明の特徴をより詳しく説明する。
【００４４】
図２には、本発明に使用される熱交換器１４９ｂ用の積層体１５０の一例の概略的な構成図を示す。
【００４５】
積層体１５０は、第１の金網１５２Ａ、第２の金網１５２Ｂ、第３の金網１５２Ｃ、第４の金網１５２Ｄ...および第ｎの金網１５２Ｎをこの順に積層して、組立体１５１を形成した後、この組立体１５１を拡散接合処理することにより構成される。
【００４６】
図２の例では、第１の金網１５２Ａは、非銅製の金属または合金で構成される。また、第２の金網１５２Ｂ〜第ｎの金網１５２Ｎは、銅製である。例えば、第１の金網１５２Ａは、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、３１６等）またはニッケル等であっても良い。ステンレス鋼およびニッケルは、銅に比べて剛性が高い。従って、第１の金網１５２Ａをステンレス鋼またはニッケルで構成した場合、最終的に得られる積層体１５０の剛性を高めることができ、使用の際に、冷媒ガスの圧力により、積層体１５０が変形する可能性が少なくなる。
【００４７】
また、第１の金網１５２Ａは、その他の金網に比べて大きなメッシュ、すなわち小さい網目を有する。例えば、第１の金網１５２Ａのメッシュは、＃３０〜＃５００の範囲であり、＃６０〜＃４００の範囲であることが好ましい。これは、網目換算では、それぞれ、約０．５７７ｍｍ〜約０．０２６ｍｍ、および約０．２５３ｍｍ〜約０．０３４ｍｍに相当する。一方、第２の金網１５２Ｂ〜第ｎの金網１５２Ｎのメッシュは、＃１６〜＃３００の範囲であり、＃６０〜＃１５０の範囲であることが好ましい。これは、網目換算では、それぞれ、約１．１４ｍｍ〜約０．０５ｍｍ、および約０．３０３ｍｍ〜約０．１０４ｍｍに相当する。
【００４８】
なお、第２の金網１５２Ｂ〜第ｎの金網１５２Ｎは、メッシュまたは網目が同一であっても異なっていても良い。各金網１５２Ｂ〜１５２Ｎのメッシュまたは網目が異なる場合、網目は、第２の金網１５２Ｂから第ｎの金網１５Ｎの順に、連続的にまたは段階的に（例えばステップ状）に大きくなっても良い。この場合、冷媒ガスが蓄冷管１２０からパルス管１４０に流れる際、冷媒ガスの流速に大きな変動が生じにくくなり、より有意な整流効果が得られる。
【００４９】
金網の総数は、各金網の厚さ等によっても異なるが、２〜２００の範囲（例えば１００）であっても良い。
【００５０】
前述のように、積層体１５０は、各金網を積層して組立体１５１を構成した後、この組立体１５１を拡散接合処理することにより形成される。「拡散接合処理」とは、加熱により、各金網同士の界面で原子相互拡散が生じ、これにより界面接合が行われる方法の総称である。通常、拡散接合処理は、８００℃〜１０８０℃の範囲（例えば１０００℃）で行われる。
【００５１】
拡散接合処理により、各金網間の界面が密着、接合される。従って、各界面での熱接触性が高まり、熱抵抗が小さくなる。
【００５２】
積層体１５０は、使用の際には、第１の金網１５２Ａの側が蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから遠い側となるようにして（図１の例では、上側となるようにして）、連通路１８２内に設置される。これにより、蓄冷管１２０とパルス管１４０の間を往復する冷媒ガスに対して、高い整流効果が得られる。また、これにより、冷却性能が向上したパルスチューブ冷凍機１００を提供することが可能となる。
【００５３】
図３には、本発明の熱交換器１４９ｂに使用される別の積層体１５０Ａの一例の概略的な構成図を示す。
【００５４】
この図の例では、積層体１５０Ａは、第１の金網１５３Ａ、第２の金網１５３Ｂ、第３の金網１５３Ｃ、第４の金網１５３Ｄ、第５の金網１５３Ｅ、第６の金網１５３Ｆ...第ｎ−１の金網１５３Ｎ−１、および第ｎの金網１５３Ｎを、この順に積層し、得られた組立体１５１Ａを拡散接合処理することにより構成される。
【００５５】
第２の金網１５３Ｂ、第４の金網１５３Ｄ、および第６の金網１５３Ｆ〜第ｎの金網１５３Ｎは、銅製である。これに対して、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅの３つは、非銅製の金属または合金で構成される。例えば、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅは、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、３１６等）またはニッケル等で構成される。なお、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅは、同一の材料で構成されても、異なる材料で構成されても良い。
【００５６】
この図の構成では、非銅製の金網と銅製の金網とが交互に積層されたサイクルＣが３回繰り返される。
【００５７】
第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅの３つは、その他の金網に比べて大きなメッシュ（すなわち小さい網目）を有する。例えば、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅのメッシュは、＃３０〜＃５００（網目換算で、約０．５７７ｍｍ〜約０．０２６ｍｍ）の範囲であり、＃６０〜＃４００（網目換算で、約０．２５３ｍｍ〜約０．０３４ｍｍ）の範囲であることが好ましい。一方、残りの銅製の金網１５３Ｂ、１５３Ｄ、１５３Ｆ〜１５３Ｎのメッシュは、＃１６〜＃３００（網目換算で、約１．１４ｍｍ〜約０．０５ｍｍ）の範囲であり、＃６０〜＃１５０（網目換算で、約０．３０３ｍｍ〜約０．１０４ｍｍ）の範囲であることが好ましい。なお、銅製の金網は、網目の寸法が同一であっても異なっていても良い。銅製の金網１５３Ｂ〜１５３Ｎの各網目の寸法が異なる場合、網目は、第２の金網１５３Ｂから第ｎの金網１５３Ｎの順に、連続的にまたは段階的に大きくなっても良い。
【００５８】
金網の総数は、各金網の厚さにもよるが、２〜２００の範囲（例えば１００）であっても良い。
【００５９】
図３に示す積層体１５０Ａは、使用の際には、第１の金網１５３Ａの側が蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから遠い側となるようにして（図１の例では、上側となるようにして）、連通路１８２内に設置される。
【００６０】
なお、図３の例では、非銅製の金網を合計３つ含み、サイクル数Ｃが３回の積層体１５０Ａについて説明したが、積層体１５０Ａにおいて、非銅製の金網の数、およびサイクル数Ｃは、特に限られない。非銅製の金網の数は、例えば、２つ、４つ、または６つ以上であっても良い。また、繰りかえし数Ｃは、２回、４回、または６回以上であっても良い。例えば、第１の金網から第ｎの金網まで（すなわち積層体１５０Ａの全体にわたって）、非銅製と銅製の金網の交互配置が繰り返されても良い。
【００６１】
次に、図４を参照して、別の熱交換器１４９ｂ−２について説明する。図４には、パルス管１４０の低温端１４５ｂが接続される冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の断面を模式的に示す。この図には、本発明に使用される熱交換器１４９ｂ−２の一例の概略的な断面が示されている。
【００６２】
図４に示すように、熱交換器１４９ｂ−２は、溝１８９内に設置された積層体１５０Ａを有し、この積層体１５０Ａは、前述の図３に示した積層体１５０Ａと同様の構造を有する。ただし、この熱交換器１４９ｂ−２では、積層体１５０Ａの側面は、溝１８９の内壁１８４と拡散接合されているという特徴を有する。
【００６３】
このような熱交換器１４９ｂ−２では、積層体１５０Ａを後から溝１８９に充填する場合に比べて、積層体１５０Ａと冷却ステージ１８０との間の熱接触性を高めることができ、両者の間の熱抵抗を有意に抑制することができる。
【００６４】
積層体１５０Ａは、各金網１５３Ａ〜１５３Ｎの組立体１５１Ａを冷却ステージ１８０の溝１８９に充填した後、冷却ステージ１８０ごと拡散接合処理することにより、容易に形成することができる。すなわち、拡散接合処理により、各金網同士が拡散接合されると同時に、溝１８９の内壁１８４に、積層体１５０Ａの側面が拡散接合される。
【００６５】
なお、図４の例では、積層体１５０Ａは、図３に示した積層体１５０Ａと同様の構成を有し、すなわち、１５３Ａ、１５３Ｃ、および１５３Ｅの３つの非銅製金網を有する。しかしながら、これは一例であって、積層体の構成がこれに限られるものではないことは、明らかであろう。積層体の構成は、例えば図２の積層体１５０のような、別の構成であっても良い。
【００６６】
また、図４の例では、積層体１５０Ａの側面は、冷却ステージ１８０の構１８９の内壁１８４と拡散接合されている。しかしながら、本発明の態様は、これに限られるものではない。例えば積層体１５０Ａの側面は、パルス管１４０を構成するシリンダ１４１の低温端１４５ｂ側の内壁と、拡散接合されても良い。
【００６７】
次に、図５を参照して、さらに別の熱交換器１４９ｂ−３について説明する。図５には、パルス管１４０の低温端１４５ｂが接続される冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の断面を模式的に示す。この図には、本発明に使用される熱交換器１４９ｂ−３の一例の概略的な断面が示されている。
【００６８】
図５に示すように、熱交換器１４９ｂ−３は、溝１８９内に設置された積層体１５０Ａを有する。この積層体１５０Ａは、前述の図３に示した積層体１５０Ａと同様の構造を有する。ただし、この熱交換器１４９ｂ−３は、さらに、積層体１５０Ａを収容する筐体１５９を備えるという特徴を有する。
【００６９】
この筐体１５９は、銅または銅合金で構成される。また、筐体１５９は、上面および下面が開口されており、溝１８９の内径とほぼ適合する側面寸法（この場合、外径）を有する。積層体１５０Ａは、その側面が、筐体１５９の側面の内壁と拡散接合される。
【００７０】
このような熱交換器１４９ｂ−３は、各金網１５３Ａ〜１５３Ｎの組立体１５１Ａを筐体１５９内に充填した後、この筐体ごと拡散接合処理することにより形成することができる。その後、この筐体１５９は、冷却ステージ１８０の溝１８９内に設置される。その後、筐体１５９を冷却ステージ１８０の溝１８９の内壁１８４とろう付しても良い。
【００７１】
このような構成の場合も、積層体を後から単に溝１８９に充填する場合に比べて、積層体１５０Ａ（正確には筐体１５９）と冷却ステージ１８０との間の熱接触性を高めることができ、両者の間の熱抵抗を有意に抑制することができる。
【００７２】
以上、図面を参照して、本発明による実施例の一例について説明した。ただし、本発明は、前述の構成に限られるものではないことは、当業者には明らかである。例えば、前述の例において、パルスチューブ冷凍機１００は、単段式である。しかしながら、本発明は、２段式、または３段式等の多段パルスチューブ冷凍機にも適用することができる。
【実施例】
【００７３】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００７４】
実際に、冷却ステージの溝内に、前述の図４に示すような熱交換器１４９ｂ−２を形成したパルスチューブ冷凍機を通常の条件で運転して、冷却ステージの温度を測定した。積層体には、図２に示す構成の積層体１５０を使用した。最上部の金網１５２Ａには、メッシュが＃２５０のＳＵＳ３０４製の金網を使用した。また、２段目以降の金網には、メッシュが＃８０の銅製の金網を使用した。
【００７５】
測定の結果、冷却ステージの温度は、約３６．４Ｋ（ケルビン）であった。一方、冷却ステージの溝内に、メッシュが＃８０の銅製の積層体を充填して構成した、従来の熱交換器を備えるパルスチューブ冷凍機において、同様の測定を行ったところ、冷却ステージの温度は、約４０．２Ｋ（ケルビン）であった。
【００７６】
この結果から、本発明によるパルスチューブ冷凍機では、従来に比べて冷却能力が向上することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、核磁気共鳴診断装置、超伝導マグネット装置、クライオポンプ等の低温システムに適用される、単段式または多段式のパルスチューブ冷凍機に適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００ パルスチューブ冷凍機
１１０ 圧縮機
１１０ａ 排気バルブ
１１０ｂ 吸気バルブ
１１２ ガス流路
１１５ フランジ
１２０ 蓄冷管
１２１ シリンダ
１２２ 蓄冷材
１２５ａ 蓄冷管の高温端
１２５ｂ 蓄冷管の低温端
１４０ パルス管
１４１ シリンダ
１４５ａ パルス管の高温端
１４５ｂ パルス管の低温端
１４９ａ 熱交換器
１４９ｂ、１４９ｂ−２、１４９ｂ−３ 本発明による熱交換器
１５０ 積層体
１５０Ａ 別の積層体
１５１、１５１Ａ 組立体
１５２Ａ、１５３Ａ 第１の金網
１５２Ｂ、１５３Ｂ 第２の金網
１５２Ｃ、１５３Ｃ 第３の金網
１５９ 筐体
１８０ 冷却ステージ
１８２ 連通路
１８４ 内壁
１８９ 溝
１９０ バッファタンク
１９２ ガス流路
１９４ オリフィス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスチューブ冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より極低温環境が必要となる装置、例えば、核磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）等を冷却する際には、パルスチューブ冷凍機が使用されている。
【０００３】
パルスチューブ冷凍機では、圧縮機により圧縮された作動流体である冷媒ガス（例えば、ヘリウムガス）が蓄冷管およびパルス管に流入する動作と、パルス管および蓄冷管から冷媒ガスが排出され、圧縮機に回収される動作を繰り返すことで、蓄冷管およびパルス管の低温端に寒冷が形成される。
【０００４】
パルスチューブ冷凍機の蓄冷管は、内部に蓄冷材を有する筒状部材（シリンダ）で構成され、パルス管は、中空の筒状部材（シリンダ）で構成される。両シリンダの低温端は、連通路で連通されており、この位置に、被冷却体が接続される冷却ステージが設置される。
【０００５】
一般に、パルス管の低温端側には熱交換器が設置され、この熱交換器の内部には、銅製の金網が充填される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のパルスチューブ冷凍機において、パルス管の低温端側の熱交換器部分には、銅製の金網が充填され、使用される。金網が使用されるのは、冷媒ガスが蓄冷管からパルス管に流入する際に、冷媒ガスの速度に大きな差異が生じないようにするため、すなわち冷媒ガスの整流効果を高めるためである。
【０００８】
しかしながら、銅製の金網では、加工技術およびコスト上の制約から、メッシュの大きなもの（網目の細かいもの）を製作することが難しいという問題がある。そのため、通常の場合、銅製の金網のメッシュは、＃１００未満（例えば＃８０）になっている。
【０００９】
しかしながら、このようなメッシュの金網では、冷媒ガスに十分な整流効果が得られない場合がある。また、整流効果が不十分な場合、パルス管内を流れるガスの流束（ガスピストン）に乱れが生じ、その結果、パルスチューブ冷凍機の冷凍性能が低下してしまうという問題が生じ得る。
【００１０】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、従来に比べて、蓄冷管とパルス管の間に良好な整流機能を有するパルスチューブ冷凍機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】
【００１１】
本発明では、パルス管の低温端と蓄冷管の低温端が連通路により連通されたパルスチューブ冷凍機であって、
前記連通路の前記パルス管の低温端側には、熱交換器が設置され、
該熱交換器は、第１の金網と、第２の金網との、少なくとも２層からなる積層体を有し、
前記第１の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第２の金網は、銅または銅合金製であり、
両金網同士の界面は、拡散接合されており、
前記第１の金網の網目は、前記第２の金網の網目よりも小さく、
前記熱交換器は、前記積層体の前記第１の金網の側が前記蓄冷管の低温端から最も遠ざかるようにして、前記連通路内に設置されることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。
【００１２】
本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体は、さらに、前記第２の金網の、前記第１の金網とは反対の側に、第３の金網を有し、該第３の金網の、前記第２の金網とは反対の側には、第４の金網が積層され、
前記第３の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第４の金網は、銅または銅合金製であり、
各金網同士の界面は、拡散接合されていても良い。
【００１３】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体は、全体を通して、銅または銅合金とは別の金属で構成された金網と、銅または銅合金製の金網との交互繰り返し構造で構成され、
各金網同士の界面は、拡散接合されていても良い。
【００１４】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体は、前記第２の金網の前記第１の金網とは反対の側に、複数の銅または銅合金製の金網が直接積層された部分を有し、
前記部分における前記複数の銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、前記第１の金網の側から、前記積層体の積層方向に沿って、連続的にまたは段階的に増加しても良い。
【００１５】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の網目の寸法は、０．０２ｍｍ〜０．５８ｍｍの範囲であっても良い。
【００１６】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、０．０５ｍｍ〜１．１４ｍｍの範囲であっても良い。
【００１７】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の少なくとも一つは、ステンレス鋼もしくはニッケルで構成されても良い。
【００１８】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、各銅または銅合金とは別の金属で構成された金網は、同一の材料で構成されても良い。
【００１９】
また、本発明によるパルスチューブ冷凍機において、前記積層体の側面は、前記連通路を構成する壁と拡散接合されていても良い。
【００２０】
あるいは、前記積層体は、銅または銅合金製の筐体内に収容され、
前記積層体の側面は、前記筐体の内壁と拡散接合されていても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、従来に比べて、蓄冷管とパルス管の間に良好な整流機能を有するパルスチューブ冷凍機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるパルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示した図である。
【図２】熱交換器用の積層体１５０の一例の概略的な分解構成図である。
【図３】熱交換器用の別の積層体１５０Ａの一例の概略的な分解構成図である。
【図４】熱交換器１４９ｂ−２が配置された冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の模式的な断面図である。
【図５】別の熱交換器１４９ｂ−３が配置された冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面により本発明の形態を説明する。
【００２４】
図１には、本発明によるパルスチューブ冷凍機の一例を概略的に示す。
【００２５】
図１に示すように、本発明によるパルスチューブ冷凍機１００は、圧縮機１１０と、蓄冷管１２０と、パルス管１４０と、冷却ステージ１８０と、バッファタンク１９０とを有する。蓄冷管１２０は、高温端１２５ａおよび低温端１２５ｂを有し、パルス管１４０は、高温端１４５ａおよび低温端１４５ｂを有する。
【００２６】
圧縮機１１０には、排気バルブ１１０ａおよび吸気バルブ１１０ｂが接続される。また、圧縮機１１０は、ガス流路１１２を介して、蓄冷管１２０の高温端１２５ａに接続されている。
【００２７】
蓄冷管１２０は、中空状のシリンダ１２１で構成され、その内部には、蓄冷材１２２が充填されている。シリンダ１２１は、例えばステンレス鋼等で構成される。
【００２８】
パルス管１４０は、例えばステンレス鋼製の中空状のシリンダ１４１で構成される。パルス管１４０の高温端１４５ａ側には、熱交換器１４９ａが設けられ、パルス管１４０の低温端１４５ｂ側には、熱交換器１４９ｂが設けられる。
【００２９】
蓄冷管１２０の低温端１２５ｂおよびパルス管１４０の低温端１４５ｂは、銅製の冷却ステージ１８０に接触、固定されている。また、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂおよびパルス管１４０の低温端１４５ｂは、冷却ステージ１８０内に設けられた連通路１８２で連通されている。冷却ステージ１８０は、図示しない被冷却対象に熱的に接続され、被冷却対象が冷却される。
【００３０】
バッファタンク１９０は、ガス流路１９２およびオリフィス１９４を介して、パルス管１４０の高温端１４５ａに接続されている。
【００３１】
なお、蓄冷管１２０およびパルス管１４０は、それぞれの高温端１２５ａおよび１４５ａがフランジ１１５に接続されており、これにより固定されている。
【００３２】
次に、このように構成されたパルスチューブ冷凍機の動作について簡単に説明する。
【００３３】
まず、排気バルブ１１０ａが開、吸気バルブ１１０ｂが閉の状態において、ガス圧縮機１１０から、高圧の冷媒ガスが排気バルブ１１０ａおよびガス流路１１２を介して、蓄冷管１２０に供給される。蓄冷管１２０内に流入した冷媒ガスは、蓄冷材１２２により冷却されて温度を下げながら、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから連通路１８２を通る。冷媒ガスは、パルス管１４０の低温端１４５ｂに設けられた熱交換器１４９ｂでさらに冷却されて、パルス管１４０の内部に流入する。
【００３４】
この際に、パルス管１４０の内部に予め存在していた低圧の冷媒ガスは、流入した高圧の冷媒ガスにより圧縮される。これにより、パルス管１４０内の冷媒ガスの圧力は、バッファタンク１９０内の圧力よりも高くなり、冷媒ガスは、オリフィス１９４およびガス流路１９２を通って、バッファタンク１９０に流入する。
【００３５】
次に、排気バルブ１１０ａを閉じ、吸気バルブ１１０ｂを開くと、パルス管１４０内の冷媒ガスは、低温端１４５ｂを通り、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂに流入する。さらに冷媒ガスは、蓄冷材１２２を冷却しながら蓄冷管１２０内を通過し、高温端１２５ａからガス流路１１２および吸気バルブ１１０ｂを通り、圧縮機１１０に回収される。
【００３６】
ここで、パルス管１４０は、オリフィス１９４を介して、バッファタンク１９０と接続されている。このため、冷媒ガスの圧力変動の位相と、冷媒ガスの体積変化の位相とは、一定の位相差で変化する。この位相差により、パルス管１４０の低温端１４５ｂにおいて、冷媒ガスの膨張による寒冷が発生する。パルスチューブ冷凍機１００は、上記の動作が反復されることで、冷却ステージ１８０に接続された被冷却対象を冷却することができる。
【００３７】
なお、前述のようなパルスチューブ冷凍機１００において、ある圧力を保持しながら、パルス管１４０内を上下に周期的に流れる冷媒ガスの動きは、しばしば「ガスピストン」と称される。
【００３８】
ところで、従来のパルスチューブ冷凍機では、パルス管の低温端側に設置される熱交換器には、銅または銅合金製（以下、両者を併せて、単に「銅（製）」と称する）の金網が充填、使用される。このような金網を使用するのは、冷媒ガスが蓄冷管からパルス管に流入する際に、冷媒ガスの速度に大きな差異が生じないようにするため、すなわち冷媒ガスの整流効果を得るためである。
【００３９】
しかしながら、銅製の金網では、加工技術およびコスト上の制約から、メッシュの大きなもの（網目の細かいもの）を製作することが難しいという問題がある。そのため、通常の場合、銅製の金網のメッシュは、＃１００未満（例えば＃８０）になっている。これは、金網の網目に換算すると、約０．１３４ｍｍ以上（例えば、約０．１３８ｍｍ〜約０．２１８ｍｍ）に相当する。
【００４０】
なお、本願において、「メッシュ」とは、１インチ（２５．４ｍｍ）の間にある目数を意味し、「網目」とは、金網の隣接する線部分同士間の距離（隙間の長さ）を意味する。
【００４１】
しかしながら、このようなメッシュまたは網目の金網では、冷媒ガスに十分な整流効果が得られない場合がある。また、整流効果が不十分な場合、前述のガスピストンに乱れが生じ、その結果、パルスチューブ冷凍機の冷凍性能が低下してしまうという問題が生じ得る。
【００４２】
これに対して、本発明によるパルスチューブ冷凍機では、パルス管１４０の低温端１４５ｂ側の熱交換器１４９ｂが、銅または銅合金とは別の金属で構成された金網（以下、「非銅製の金網」と称する）と、銅製の金網とを有する積層体１５０を備えるという特徴を有する。非銅製の金網には、銅製の金網に比べて、メッシュが大きく網目の細かいものが使用され、この積層体１５０は、蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから最も遠ざかる位置に非銅製の金網がくるようにして、連通路１８２内に設置される。このため、本発明では、銅製の金網のみを積層して構成された従来の熱交換器に比べて、冷媒ガスの整流効果を高めることができる。
【００４３】
以下、本発明の特徴をより詳しく説明する。
【００４４】
図２には、本発明に使用される熱交換器１４９ｂ用の積層体１５０の一例の概略的な構成図を示す。
【００４５】
積層体１５０は、第１の金網１５２Ａ、第２の金網１５２Ｂ、第３の金網１５２Ｃ、第４の金網１５２Ｄ...および第ｎの金網１５２Ｎをこの順に積層して、組立体１５１を形成した後、この組立体１５１を拡散接合処理することにより構成される。
【００４６】
図２の例では、第１の金網１５２Ａは、非銅製の金属または合金で構成される。また、第２の金網１５２Ｂ〜第ｎの金網１５２Ｎは、銅製である。例えば、第１の金網１５２Ａは、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、３１６等）またはニッケル等であっても良い。ステンレス鋼およびニッケルは、銅に比べて剛性が高い。従って、第１の金網１５２Ａをステンレス鋼またはニッケルで構成した場合、最終的に得られる積層体１５０の剛性を高めることができ、使用の際に、冷媒ガスの圧力により、積層体１５０が変形する可能性が少なくなる。
【００４７】
また、第１の金網１５２Ａは、その他の金網に比べて大きなメッシュ、すなわち小さい網目を有する。例えば、第１の金網１５２Ａのメッシュは、＃３０〜＃５００の範囲であり、＃６０〜＃４００の範囲であることが好ましい。これは、網目換算では、それぞれ、約０．５７７ｍｍ〜約０．０２６ｍｍ、および約０．２５３ｍｍ〜約０．０３４ｍｍに相当する。一方、第２の金網１５２Ｂ〜第ｎの金網１５２Ｎのメッシュは、＃１６〜＃３００の範囲であり、＃６０〜＃１５０の範囲であることが好ましい。これは、網目換算では、それぞれ、約１．１４ｍｍ〜約０．０５ｍｍ、および約０．３０３ｍｍ〜約０．１０４ｍｍに相当する。
【００４８】
なお、第２の金網１５２Ｂ〜第ｎの金網１５２Ｎは、メッシュまたは網目が同一であっても異なっていても良い。各金網１５２Ｂ〜１５２Ｎのメッシュまたは網目が異なる場合、網目は、第２の金網１５２Ｂから第ｎの金網１５Ｎの順に、連続的にまたは段階的に（例えばステップ状）に大きくなっても良い。この場合、冷媒ガスが蓄冷管１２０からパルス管１４０に流れる際、冷媒ガスの流速に大きな変動が生じにくくなり、より有意な整流効果が得られる。
【００４９】
金網の総数は、各金網の厚さ等によっても異なるが、２〜２００の範囲（例えば１００）であっても良い。
【００５０】
前述のように、積層体１５０は、各金網を積層して組立体１５１を構成した後、この組立体１５１を拡散接合処理することにより形成される。「拡散接合処理」とは、加熱により、各金網同士の界面で原子相互拡散が生じ、これにより界面接合が行われる方法の総称である。通常、拡散接合処理は、８００℃〜１０８０℃の範囲（例えば１０００℃）で行われる。
【００５１】
拡散接合処理により、各金網間の界面が密着、接合される。従って、各界面での熱接触性が高まり、熱抵抗が小さくなる。
【００５２】
積層体１５０は、使用の際には、第１の金網１５２Ａの側が蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから遠い側となるようにして（図１の例では、上側となるようにして）、連通路１８２内に設置される。これにより、蓄冷管１２０とパルス管１４０の間を往復する冷媒ガスに対して、高い整流効果が得られる。また、これにより、冷却性能が向上したパルスチューブ冷凍機１００を提供することが可能となる。
【００５３】
図３には、本発明の熱交換器１４９ｂに使用される別の積層体１５０Ａの一例の概略的な構成図を示す。
【００５４】
この図の例では、積層体１５０Ａは、第１の金網１５３Ａ、第２の金網１５３Ｂ、第３の金網１５３Ｃ、第４の金網１５３Ｄ、第５の金網１５３Ｅ、第６の金網１５３Ｆ...第ｎ−１の金網１５３Ｎ−１、および第ｎの金網１５３Ｎを、この順に積層し、得られた組立体１５１Ａを拡散接合処理することにより構成される。
【００５５】
第２の金網１５３Ｂ、第４の金網１５３Ｄ、および第６の金網１５３Ｆ〜第ｎの金網１５３Ｎは、銅製である。これに対して、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅの３つは、非銅製の金属または合金で構成される。例えば、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅは、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、３１６等）またはニッケル等で構成される。なお、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅは、同一の材料で構成されても、異なる材料で構成されても良い。
【００５６】
この図の構成では、非銅製の金網と銅製の金網とが交互に積層されたサイクルＣが３回繰り返される。
【００５７】
第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅの３つは、その他の金網に比べて大きなメッシュ（すなわち小さい網目）を有する。例えば、第１の金網１５３Ａ、第３の金網１５３Ｃ、および第５の金網１５３Ｅのメッシュは、＃３０〜＃５００（網目換算で、約０．５７７ｍｍ〜約０．０２６ｍｍ）の範囲であり、＃６０〜＃４００（網目換算で、約０．２５３ｍｍ〜約０．０３４ｍｍ）の範囲であることが好ましい。一方、残りの銅製の金網１５３Ｂ、１５３Ｄ、１５３Ｆ〜１５３Ｎのメッシュは、＃１６〜＃３００（網目換算で、約１．１４ｍｍ〜約０．０５ｍｍ）の範囲であり、＃６０〜＃１５０（網目換算で、約０．３０３ｍｍ〜約０．１０４ｍｍ）の範囲であることが好ましい。なお、銅製の金網は、網目の寸法が同一であっても異なっていても良い。銅製の金網１５３Ｂ〜１５３Ｎの各網目の寸法が異なる場合、網目は、第２の金網１５３Ｂから第ｎの金網１５３Ｎの順に、連続的にまたは段階的に大きくなっても良い。
【００５８】
金網の総数は、各金網の厚さにもよるが、２〜２００の範囲（例えば１００）であっても良い。
【００５９】
図３に示す積層体１５０Ａは、使用の際には、第１の金網１５３Ａの側が蓄冷管１２０の低温端１２５ｂから遠い側となるようにして（図１の例では、上側となるようにして）、連通路１８２内に設置される。
【００６０】
なお、図３の例では、非銅製の金網を合計３つ含み、サイクル数Ｃが３回の積層体１５０Ａについて説明したが、積層体１５０Ａにおいて、非銅製の金網の数、およびサイクル数Ｃは、特に限られない。非銅製の金網の数は、例えば、２つ、４つ、または６つ以上であっても良い。また、繰りかえし数Ｃは、２回、４回、または６回以上であっても良い。例えば、第１の金網から第ｎの金網まで（すなわち積層体１５０Ａの全体にわたって）、非銅製と銅製の金網の交互配置が繰り返されても良い。
【００６１】
次に、図４を参照して、別の熱交換器１４９ｂ−２について説明する。図４には、パルス管１４０の低温端１４５ｂが接続される冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の断面を模式的に示す。この図には、本発明に使用される熱交換器１４９ｂ−２の一例の概略的な断面が示されている。
【００６２】
図４に示すように、熱交換器１４９ｂ−２は、溝１８９内に設置された積層体１５０Ａを有し、この積層体１５０Ａは、前述の図３に示した積層体１５０Ａと同様の構造を有する。ただし、この熱交換器１４９ｂ−２では、積層体１５０Ａの側面は、溝１８９の内壁１８４と拡散接合されているという特徴を有する。
【００６３】
このような熱交換器１４９ｂ−２では、積層体１５０Ａを後から溝１８９に充填する場合に比べて、積層体１５０Ａと冷却ステージ１８０との間の熱接触性を高めることができ、両者の間の熱抵抗を有意に抑制することができる。
【００６４】
積層体１５０Ａは、各金網１５３Ａ〜１５３Ｎの組立体１５１Ａを冷却ステージ１８０の溝１８９に充填した後、冷却ステージ１８０ごと拡散接合処理することにより、容易に形成することができる。すなわち、拡散接合処理により、各金網同士が拡散接合されると同時に、溝１８９の内壁１８４に、積層体１５０Ａの側面が拡散接合される。
【００６５】
なお、図４の例では、積層体１５０Ａは、図３に示した積層体１５０Ａと同様の構成を有し、すなわち、１５３Ａ、１５３Ｃ、および１５３Ｅの３つの非銅製金網を有する。しかしながら、これは一例であって、積層体の構成がこれに限られるものではないことは、明らかであろう。積層体の構成は、例えば図２の積層体１５０のような、別の構成であっても良い。
【００６６】
また、図４の例では、積層体１５０Ａの側面は、冷却ステージ１８０の構１８９の内壁１８４と拡散接合されている。しかしながら、本発明の態様は、これに限られるものではない。例えば積層体１５０Ａの側面は、パルス管１４０を構成するシリンダ１４１の低温端１４５ｂ側の内壁と、拡散接合されても良い。
【００６７】
次に、図５を参照して、さらに別の熱交換器１４９ｂ−３について説明する。図５には、パルス管１４０の低温端１４５ｂが接続される冷却ステージ１８０の溝１８９近傍の断面を模式的に示す。この図には、本発明に使用される熱交換器１４９ｂ−３の一例の概略的な断面が示されている。
【００６８】
図５に示すように、熱交換器１４９ｂ−３は、溝１８９内に設置された積層体１５０Ａを有する。この積層体１５０Ａは、前述の図３に示した積層体１５０Ａと同様の構造を有する。ただし、この熱交換器１４９ｂ−３は、さらに、積層体１５０Ａを収容する筐体１５９を備えるという特徴を有する。
【００６９】
この筐体１５９は、銅または銅合金で構成される。また、筐体１５９は、上面および下面が開口されており、溝１８９の内径とほぼ適合する側面寸法（この場合、外径）を有する。積層体１５０Ａは、その側面が、筐体１５９の側面の内壁と拡散接合される。
【００７０】
このような熱交換器１４９ｂ−３は、各金網１５３Ａ〜１５３Ｎの組立体１５１Ａを筐体１５９内に充填した後、この筐体ごと拡散接合処理することにより形成することができる。その後、この筐体１５９は、冷却ステージ１８０の溝１８９内に設置される。その後、筐体１５９を冷却ステージ１８０の溝１８９の内壁１８４とろう付しても良い。
【００７１】
このような構成の場合も、積層体を後から単に溝１８９に充填する場合に比べて、積層体１５０Ａ（正確には筐体１５９）と冷却ステージ１８０との間の熱接触性を高めることができ、両者の間の熱抵抗を有意に抑制することができる。
【００７２】
以上、図面を参照して、本発明による実施例の一例について説明した。ただし、本発明は、前述の構成に限られるものではないことは、当業者には明らかである。例えば、前述の例において、パルスチューブ冷凍機１００は、単段式である。しかしながら、本発明は、２段式、または３段式等の多段パルスチューブ冷凍機にも適用することができる。
【実施例】
【００７３】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００７４】
実際に、冷却ステージの溝内に、前述の図４に示すような熱交換器１４９ｂ−２を形成したパルスチューブ冷凍機を通常の条件で運転して、冷却ステージの温度を測定した。積層体には、図２に示す構成の積層体１５０を使用した。最上部の金網１５２Ａには、メッシュが＃２５０のＳＵＳ３０４製の金網を使用した。また、２段目以降の金網には、メッシュが＃８０の銅製の金網を使用した。
【００７５】
測定の結果、冷却ステージの温度は、約３６．４Ｋ（ケルビン）であった。一方、冷却ステージの溝内に、メッシュが＃８０の銅製の積層体を充填して構成した、従来の熱交換器を備えるパルスチューブ冷凍機において、同様の測定を行ったところ、冷却ステージの温度は、約４０．２Ｋ（ケルビン）であった。
【００７６】
この結果から、本発明によるパルスチューブ冷凍機では、従来に比べて冷却能力が向上することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、核磁気共鳴診断装置、超伝導マグネット装置、クライオポンプ等の低温システムに適用される、単段式または多段式のパルスチューブ冷凍機に適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００ パルスチューブ冷凍機
１１０ 圧縮機
１１０ａ 排気バルブ
１１０ｂ 吸気バルブ
１１２ ガス流路
１１５ フランジ
１２０ 蓄冷管
１２１ シリンダ
１２２ 蓄冷材
１２５ａ 蓄冷管の高温端
１２５ｂ 蓄冷管の低温端
１４０ パルス管
１４１ シリンダ
１４５ａ パルス管の高温端
１４５ｂ パルス管の低温端
１４９ａ 熱交換器
１４９ｂ、１４９ｂ−２、１４９ｂ−３ 本発明による熱交換器
１５０ 積層体
１５０Ａ 別の積層体
１５１、１５１Ａ 組立体
１５２Ａ、１５３Ａ 第１の金網
１５２Ｂ、１５３Ｂ 第２の金網
１５２Ｃ、１５３Ｃ 第３の金網
１５９ 筐体
１８０ 冷却ステージ
１８２ 連通路
１８４ 内壁
１８９ 溝
１９０ バッファタンク
１９２ ガス流路
１９４ オリフィス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス管の低温端と蓄冷管の低温端が連通路により連通されたパルスチューブ冷凍機であって、
前記連通路の前記パルス管の低温端側には、熱交換器が設置され、
該熱交換器は、第１の金網と、第２の金網との、少なくとも２層からなる積層体を有し、
前記第１の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第２の金網は、銅または銅合金製であり、
両金網同士の界面は、拡散接合されており、
前記第１の金網の網目は、前記第２の金網の網目よりも小さく、
前記熱交換器は、前記積層体の前記第１の金網の側が前記蓄冷管の低温端から最も遠ざかるようにして、前記連通路内に設置されることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項２】
前記積層体は、さらに、前記第２の金網の、前記第１の金網とは反対の側に、第３の金網を有し、該第３の金網の、前記第２の金網とは反対の側には、第４の金網が積層され、
前記第３の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第４の金網は、銅または銅合金製であり、
各金網同士の界面は、拡散接合されていることを特徴とする請求項１に記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項３】
前記積層体は、全体を通して、銅または銅合金とは別の金属で構成された金網と、銅または銅合金製の金網との交互繰り返し構造で構成され、
各金網同士の界面は、拡散接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項４】
前記積層体は、前記第２の金網の前記第１の金網とは反対の側に、複数の銅または銅合金製の金網が直接積層された部分を有し、
前記部分における前記複数の銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、前記第１の金網の側から、前記積層体の積層方向に沿って、連続的にまたは段階的に増加することを特徴とする請求項１または２に記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項５】
前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の網目の寸法は、０．０２ｍｍ〜０．５８ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項６】
前記銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、０．０５ｍｍ〜１．１４ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項７】
前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の少なくとも一つは、ステンレス鋼もしくはニッケルで構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項８】
各銅または銅合金とは別の金属で構成された金網は、同一の材料で構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項９】
前記積層体の側面は、前記連通路を構成する壁と拡散接合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項１０】
前記積層体は、銅または銅合金製の筐体内に収容され、
前記積層体の側面は、前記筐体の内壁と拡散接合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項１】
パルス管の低温端と蓄冷管の低温端が連通路により連通されたパルスチューブ冷凍機であって、
前記連通路の前記パルス管の低温端側には、熱交換器が設置され、
該熱交換器は、第１の金網と、第２の金網との、少なくとも２層からなる積層体を有し、
前記第１の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第２の金網は、銅または銅合金製であり、
両金網同士の界面は、拡散接合されており、
前記第１の金網の網目は、前記第２の金網の網目よりも小さく、
前記熱交換器は、前記積層体の前記第１の金網の側が前記蓄冷管の低温端から最も遠ざかるようにして、前記連通路内に設置されることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項２】
前記積層体は、さらに、前記第２の金網の、前記第１の金網とは反対の側に、第３の金網を有し、該第３の金網の、前記第２の金網とは反対の側には、第４の金網が積層され、
前記第３の金網は、銅または銅合金とは別の金属で構成され、前記第４の金網は、銅または銅合金製であり、
各金網同士の界面は、拡散接合されていることを特徴とする請求項１に記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項３】
前記積層体は、全体を通して、銅または銅合金とは別の金属で構成された金網と、銅または銅合金製の金網との交互繰り返し構造で構成され、
各金網同士の界面は、拡散接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項４】
前記積層体は、前記第２の金網の前記第１の金網とは反対の側に、複数の銅または銅合金製の金網が直接積層された部分を有し、
前記部分における前記複数の銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、前記第１の金網の側から、前記積層体の積層方向に沿って、連続的にまたは段階的に増加することを特徴とする請求項１または２に記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項５】
前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の網目の寸法は、０．０２ｍｍ〜０．５８ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項６】
前記銅または銅合金製の金網の網目の寸法は、０．０５ｍｍ〜１．１４ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項７】
前記銅または銅合金とは別の金属で構成された金網の少なくとも一つは、ステンレス鋼もしくはニッケルで構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項８】
各銅または銅合金とは別の金属で構成された金網は、同一の材料で構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項９】
前記積層体の側面は、前記連通路を構成する壁と拡散接合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【請求項１０】
前記積層体は、銅または銅合金製の筐体内に収容され、
前記積層体の側面は、前記筐体の内壁と拡散接合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のパルスチューブ冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１４９６０１（Ｐ２０１１−１４９６０１Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０４４８（Ｐ２０１０−１０４４８）
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
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