專利名稱：脈沖管冷凍機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖管冷凍機(jī)，尤其涉及使用了蓄冷器盒(cartridge) 的脈沖管冷凍機(jī)。
背景技術(shù)：
一般，脈沖管冷凍機(jī)由壓力振動發(fā)生器、蓄冷器、脈沖管、相位 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。該脈沖管冷凍機(jī)同GM冷凍機(jī)或斯特林冷凍機(jī)相 比，靜音性優(yōu)異，所以期待著用于核磁共振診斷裝置(NMR)、電子 顯微鏡等各種檢査及分析儀的冷卻裝置。圖1是作為以往一例的脈沖管冷凍機(jī)的主要部位結(jié)構(gòu)圖。脈沖管 冷凍機(jī)，其構(gòu)成大致具備氦壓縮機(jī)1、蓄冷器2、切換閥3、相位 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5、脈沖管6、真空法蘭7及致冷臺(〕一》F、7亍一-)8 等。氦壓縮機(jī)1和切換閥3具有使成為工作氣體的氦氣發(fā)生壓力振動 的壓力振動發(fā)生器的功能，經(jīng)由配管16同蓄冷器2的高溫端連接。 切換閥3按規(guī)定周期進(jìn)行切換動作，由此，將由氦壓縮機(jī)1生成的高 壓的氦氣，按規(guī)定周期向蓄冷器2供給。蓄冷器2包括設(shè)在真空法蘭7和致冷臺8之間的蓄冷器筒10、 和收納在該蓄冷器筒10內(nèi)的蓄冷材料9。作為蓄冷材料9，例如可以 使用銅材、或者不銹鋼材及其它金屬的纖維、或者振動金屬(Zy千 y夕'乂夕，)，按規(guī)定的密度充填在蓄冷器筒10內(nèi)。從氦壓縮機(jī)1供 給的工作氣體，在通過該蓄冷器2的期間，與蓄冷材料9之間進(jìn)行熱 交換，在蓄冷材料9中蓄冷。脈沖管6也設(shè)在真空法蘭7和致冷臺8之間，在其低溫端設(shè)有低 溫端熱交換器ll (還內(nèi)設(shè)有整流器)，并且，在高溫端設(shè)有高溫端熱 交換器12 (還內(nèi)設(shè)有整流器)。另外，成為在蓄冷器2的低溫端和脈
沖管6的低溫端之間，通過形成于致冷臺8的連通路4連通的結(jié)構(gòu)。 另外，在蓄冷器2及脈沖管6中，圖中箭頭XI方向端部成為高溫端， 箭頭X2方向端部成為低溫端。此外，在真空法蘭7的上部配設(shè)有相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5。在該相位調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)5的內(nèi)部，除了上述的配管16以外，還內(nèi)設(shè)有未圖示的小孔 及緩沖筒等。該小孔及緩沖筒同脈沖管6的高溫側(cè)連接。由于該相位 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5的底面(以下稱為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)底面15)直接與蓄冷器2及 脈沖管6的高溫端連接，所以被直接施加工作氣體的壓力。因此，相 位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5使用螺栓13被強(qiáng)固地固定在真空法蘭7上。此外，在 真空法蘭7的上表面(以下稱為凸緣上表面14)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)底面15 之間，設(shè)置有用于防止工作氣體泄漏的密封部件17。上述脈沖管冷凍機(jī)在處于運(yùn)行模式時切換切換閥3，使被壓縮機(jī) 1壓縮的高壓氦氣流入蓄冷器2。流入蓄冷器2的氦氣，被配設(shè)在蓄 冷器2內(nèi)的蓄冷材料9冷卻， 一邊降低溫度， 一邊從蓄冷器2的低溫 端通過連接通路4向低溫端熱交換器11流入，再次被冷卻后，流入 脈沖管6。在脈沖管6內(nèi)已存在的低壓氣體被新流入的工作氣體壓縮，所 以，脈沖管6內(nèi)的壓力高于配設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5內(nèi)的緩沖筒內(nèi)的壓 力。因此，脈沖管6內(nèi)的工作氣體通過配設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5內(nèi)的小 孔，流入緩沖筒。接著，在氦壓縮機(jī)1回收蓄冷器2及脈沖管6的氦氣的模式，切 換切換閥3，脈沖管6內(nèi)的工作氣體流入蓄冷器2的低溫端，通過蓄 冷器2內(nèi)，經(jīng)由高溫端及配管16回收給壓縮機(jī)1。如前所述，與脈沖管6的高溫端連接的相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5具有與脈 沖管6連接的小孔及緩沖筒，所以壓力變動的相位和工作氣體的體積 變化的相位，具有固定的相位差而變化。通過該相位差，在脈沖管6 的低溫端發(fā)生伴隨工作氣體的膨脹的寒冷，通過重復(fù)實(shí)施上述工序， 發(fā)揮作為冷凍機(jī)的作用。但是，圖1所示的脈沖管冷凍機(jī)是將蓄冷材料9直接填充在蓄冷 器筒10中的一體結(jié)構(gòu)。因此，在脈沖管冷凍機(jī)的運(yùn)行時，在氦氣中
的雜質(zhì)(例如，水分以及其它液體等)結(jié)冰的情況下，有可能在蓄冷 材料19中引起堵塞，冷卻性能減弱。在該情況下，只要使各個部分升溫而除去結(jié)冰的液體部分就可 以，但在雜質(zhì)例如是來自氦壓縮機(jī)1的油等的情況下，即使升溫該部分，也難除去這些雜質(zhì)，需要交換蓄冷材料9。在實(shí)施該維護(hù)的情況 下，為了進(jìn)行從冷卻對象物(未圖示)卸下脈沖管冷凍機(jī)、將蓄冷材 料9換成新的蓄冷材料的作業(yè)，存在會導(dǎo)致工作效率下降的問題。而 且，在與新蓄冷材料的交換結(jié)束后，需要再次的冷卻操作，存在需要 龐大的費(fèi)用、工時以及時間的問題。因此，例如專利文獻(xiàn)1所公開的那樣，提出了將蓄冷材料9收納 在蓄冷器盒內(nèi)，并且將該蓄冷器盒安裝在蓄冷器筒10上、或者從該 蓄冷器筒10卸下，由此可進(jìn)行冷卻維護(hù)的脈沖管冷凍機(jī)。圖2是表 示使用了蓄冷器盒18的以往脈沖管冷凍機(jī)的一例的主要部位結(jié)構(gòu) 圖。另外，在圖2中，對于與圖l所示的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，付與相同 附圖標(biāo)記，并省略其說明。蓄冷器盒18具有有底筒狀的形狀，在其內(nèi)部填充著蓄冷材料9。 此外，在蓄冷器盒18的底部18B形成有開口 18A，氦氣能夠經(jīng)連接 通路4在與脈沖管6之間流動。此外，在蓄冷器盒18的底部18B和 蓄冷器筒10的容器底面19之間，形成規(guī)定的間隙。專利文獻(xiàn)l:日本特開2001-165517號公報但是，以往的蓄冷器盒式的脈沖管冷凍機(jī)，在蓄冷器2內(nèi)的氦氣 壓力上升的時候，蓄冷器筒10的內(nèi)部經(jīng)由開口 18A與蓄冷器盒18 連通。因此，如圖4 (A)所示，從氦壓縮機(jī)1供給的氦氣的壓力， 施加在蓄冷器筒10的容器底面19的整個面上。此時，如果設(shè)蓄冷器 2內(nèi)的單位面積的壓力為P，設(shè)容器底面19的截面積為S1 (圖4(B) 中用Sl表示的梨皮狀部分的面積)，則容器底面19所受的力Fl為 Fl=PxSl。在以往的脈沖管冷凍機(jī)中，如上所述地，容器底面19的氦氣(工 作氣體)受壓面積較大，所以容器底面19所受的力F1也大。由于該 力Fl的作用使致冷臺8及蓄冷器筒10從相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5離開，因此，
在以往的脈沖管冷凍機(jī)中，如圖3所示，伴隨著蓄冷器2內(nèi)的氦氣的 交替的壓力變動，蓄冷器2及致冷臺8交替地向箭頭XI、 X2方向位 移，存在脈沖管冷凍機(jī)中產(chǎn)生振動的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是針對上述問題而提出的，其目的在于提供一種脈沖管冷 凍機(jī)，即使是在蓄冷器筒內(nèi)設(shè)置蓄冷器盒的結(jié)構(gòu)，也能夠抑制在蓄冷 器筒及基臺部件中發(fā)生振動。為了解決上述問題，本發(fā)明的特征是具有如下所述的各結(jié)構(gòu)。第1個發(fā)明涉及的一種脈沖管冷凍機(jī)，具有 蓄冷器盒，其高溫端與壓力變動源連接；脈沖管，其低溫端經(jīng)由多級部件與該蓄冷器盒的低溫端連接； 相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，與該脈沖管的高溫端連接； 法蘭，用于配設(shè)該相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；蓄冷器筒，設(shè)在該法蘭和所述多級部件之間，收納所述蓄冷器盒； 在所述蓄冷器盒的低溫端，形成用于與所述脈沖管連接的連接 孔，并且形成向所述多級部件突出的突出部；在所述多級部件上形成可移動地安裝所述突出部的安裝凹部； 并且，將所述安裝凹部的截面積設(shè)定成小于所述蓄冷器盒的截面積。根據(jù)上述發(fā)明，在蓄冷器盒的低溫端形成突出部，在該突出部形 成用于與脈沖管連接的連接孔，在多級部件的安裝凹部可移動地安裝 該突出部，所以，將蓄冷器盒內(nèi)的工作氣體的壓力施加給多級部件的 部位成為安裝凹部的底面。因此，工作氣體的壓力作用于多級部件的 面積，小于以往工作氣體作用于多級部件的面積(蓄冷器盒的截面 積)。因而，使工作臺28位移的力減小，能夠防止在脈沖管冷凍機(jī)發(fā) 生振動。此外，第2個發(fā)明涉及的脈沖管冷凍機(jī)是，在第l個發(fā)明的基礎(chǔ)上，在所述容器本體和所述蓄冷器盒之間設(shè)有間隙部，該間隙部大于
所述容器本體和所述蓄冷器盒的相對的位移量。根據(jù)上述發(fā)明，在運(yùn)行時即使通過工作氣體蓄冷器筒及多級部件 相對于蓄冷器盒進(jìn)行相對位移，也在間隙部內(nèi)吸收該位移，所以蓄冷 器盒和容器本體不會相互干擾。此外，第3個發(fā)明涉及的脈沖管冷凍機(jī)是，在第1個或第2個發(fā) 明的基礎(chǔ)上，在所述突出部或所述安裝凹部的至少一方配設(shè)了活塞環(huán)。根據(jù)上述發(fā)明，通過配置活塞環(huán)，能夠用簡單的結(jié)構(gòu)， 一邊維持 氣密狀態(tài)， 一邊移動蓄冷器盒的低溫端和多級部件。此外，第4個發(fā)明涉及的超導(dǎo)裝置是，應(yīng)用第1個至第3個發(fā)明 中的任一發(fā)明所述的脈沖管冷凍機(jī)。此外，第5個發(fā)明涉及的低溫泵是，應(yīng)用第1個至第3個發(fā)明中 的任一發(fā)明所述的脈沖管冷凍機(jī)。此外，第6個發(fā)明涉及的超低溫計測分析裝置是，應(yīng)用第1個至 第3個發(fā)明中的任一發(fā)明所述的脈沖管冷凍機(jī)。此外，第7個發(fā)明涉及的核磁共振裝置是，應(yīng)用第1個至第3個 發(fā)明中的任一個發(fā)明所述的脈沖管冷凍機(jī)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于工作氣體的壓力作用于多級部件的 面積比以往小，因此，使法蘭相對于相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位移的力減小，能 夠抑制在脈沖管冷凍機(jī)中發(fā)生的振動，


圖1是第1以往例的脈沖管冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是第2以往例的脈沖管冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖3是第2以往例的脈沖管冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，是表示真空法蘭發(fā) 生變形的狀態(tài)的圖。圖4 (A)是放大表示第2以往例的脈沖管冷凍機(jī)的蓄冷器盒的 低溫端附近的圖。圖4 (B)是沿圖4 (A)的A-A線的剖視圖。圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖6 (A)是放大表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)的蓄
冷器盒的低溫端附近的圖。圖6 (B)是沿圖6 (A)的B-B線的剖視圖。圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照

實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。 圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)20A的主要部分結(jié) 構(gòu)圖。該脈沖管冷凍機(jī)20A大致具有氦壓縮機(jī)21、蓄冷器22、切換 閥23、相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25、脈沖管26、真空法蘭27、致冷臺28及蓄 冷器盒40等。氦壓縮機(jī)21及切換閥23具有使成為工作氣體的氦氣產(chǎn)生壓力振 動的壓力振動發(fā)生器的功能，經(jīng)由形成于相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25的配管36 同蓄冷器22的高溫端連接。切換閥23按規(guī)定周期進(jìn)行切換動作，由 此將由氦壓縮機(jī)21生成的高壓的氦氣，按規(guī)定的周期向蓄冷器22供^厶蓄冷器22包括設(shè)在真空法蘭7和致冷臺28之間的蓄冷器筒30、 和收納在該蓄冷器筒30內(nèi)的蓄冷器盒40。蓄冷器盒40具有可安裝 在蓄冷器筒30上、且可從蓄冷器筒30卸下的結(jié)構(gòu)。該蓄冷器盒40 具有有底筒狀的形狀，在上端部(圖中箭頭X1方向端部)形成凸?fàn)?的卡合部41。此外，在真空法蘭27的蓄冷器盒40的安裝位置，形成與卡合部 41卡合的臺階部52。因而，在將蓄冷器盒40插入安裝到蓄冷器筒 30上時，卡合部41與臺階部52卡合。此外，在該安裝狀態(tài)下，蓄 冷器盒40的上端面和真空法蘭27的法蘭上表面34成為大致相同平 面。另外，在將蓄冷器盒40安裝在蓄冷器筒30上的狀態(tài)下，通過在 真空法蘭27上安裝相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25，蓄冷器盒40成為被固定在蓄 冷器筒30內(nèi)的狀態(tài)。另外，卡合部41的側(cè)面和致冷臺28之間、以 及相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25和致冷臺28之間，利用密封部件55氣密地密封。另一方面，在蓄冷器盒40的底部45，形成有朝向致冷臺28(圖
中朝向箭頭X2方向)突出的突出部42。在該突出部42的中央形成 有上下貫通的連接孔43。此外，在致冷臺28上形成與突出部42對應(yīng)的安裝凹部50，突 出部42以可在箭頭X1、 X2方向(后述的致冷臺28及蓄冷器筒30 的振動方向)移動的結(jié)構(gòu)插入到安裝凹部50內(nèi)。該安裝凹部50的截 面積被設(shè)定成小于蓄冷器盒40的截面積(因此，小于蓄冷器筒30的 截面積)。在該插入的狀態(tài)下，為了維持突出部42和致冷臺28之間的氣密 性，在突出部42的側(cè)面配設(shè)有活塞環(huán)44。所謂該活塞環(huán)是指，將矩 形截面的樹脂形成為環(huán)狀而具有伸出性的部件，是具有氣體密封性的 部件。通過設(shè)置該活塞環(huán)44，能夠用簡單的結(jié)構(gòu)， 一邊維持氣密性， 一邊使突出部42相對于安裝凹部50維持著氣密性移動。在上述結(jié)構(gòu)的蓄冷器盒40的內(nèi)部，收納了蓄冷材料29。作為該 蓄冷材料29，例如可以使用銅材、或者不銹鋼材以及其它金屬的纖 維、或者振動金屬，按規(guī)定密度充填在蓄冷器筒40內(nèi)。從氦壓縮機(jī) 21供給的工作氣體，在通過構(gòu)成蓄冷器22的蓄冷器盒40內(nèi)的期間， 與蓄冷材料29之間進(jìn)行熱交換，在蓄冷材料29中蓄冷。另外，脈沖管26與蓄冷器22同樣地被設(shè)置在真空法蘭27和致 冷臺28之間。在該脈沖管26的低溫端設(shè)有低溫端熱交換器31 (同 時內(nèi)設(shè)整流器)，并且在其高溫端設(shè)有高溫端熱交換器32 (同時內(nèi)設(shè) 整流器)。另外，在蓄冷器22的低溫端和脈沖管26的低溫端之間， 通過形成在致冷臺28上的連接通路24連通。另外，在蓄冷器22及 脈沖管26中，圖中箭頭X1方向端部為高溫端，箭頭X2方向端部為 低溫端。上述的蓄冷器筒30、真空法蘭27、脈沖管26及致冷臺28都是 由不銹鋼形成。此外，通過使用焊接等接合方法，形成蓄冷器筒30、 真空法蘭27及致冷臺28 —體接合的結(jié)構(gòu)。此外，在真空法蘭27的上部固定相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25。在該相位調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)25的內(nèi)部，除了上述的配管36以外，還內(nèi)設(shè)有未圖示的小孔 及緩沖筒等。該小孔及緩沖筒與脈沖管26的高溫側(cè)連接。通過將相 位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25固定在真空法蘭27上，使凸緣上表面34與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 底面35緊密接合。上述結(jié)構(gòu)的脈沖管冷凍機(jī)20A在處于運(yùn)行模式時切換切換閥23， 使被壓縮機(jī)21壓縮的高壓氦氣流入蓄冷器22。由此，被壓縮機(jī)21 壓縮的高壓氦氣，經(jīng)由配管36，流入構(gòu)成蓄冷器22的蓄冷器盒40。流入到蓄冷器盒40的氦氣，被配設(shè)在蓄冷器盒40內(nèi)的蓄冷材料 29冷卻， 一邊降低溫度， 一邊從在蓄冷器盒40的低溫端形成的連接 孔43流入到安裝凹部50。安裝凹部50與連接通路24連接，因此， 氦氣通過連接通路24流入到低溫端熱交換器31，再次被冷卻后流入 脈沖管26。在脈沖管26內(nèi)已存在的低壓氣體被新流入的氦氣壓縮，所以脈 沖管26內(nèi)的壓力高于配設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25內(nèi)的緩沖筒內(nèi)的壓力。 因此，脈沖管26內(nèi)的工作氣體通過配設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25內(nèi)的小孔， 流入緩沖筒。另一方面，如果成為切換切換閥23，氦壓縮機(jī)21回收蓄冷器22 及脈沖管26的氦氣的回收模式，脈沖管26內(nèi)的工作氣體經(jīng)由連接通 路24、安裝凹部50及連接孔43，流入蓄冷器盒40的低溫端。然后， 通過蓄冷器盒40內(nèi)，經(jīng)由配管36被回收到壓縮機(jī)21。如前所述，與脈沖管26的高溫端連接的相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25，具有 與脈沖管26連接的小孔及緩沖筒，所以，壓力變動的相位和工作氣 體的體積變化的相位，具有固定的相位差而變化。通過該相位差在脈 沖管26的低溫端發(fā)生伴隨工作氣體的膨脹的寒冷，通過重復(fù)實(shí)施上 述工序，發(fā)揮作為冷凍機(jī)的作用。在此，關(guān)注在導(dǎo)入到蓄冷器盒40的氦氣壓力上升時的、作用于 形成在蓄冷器盒40上的突出部42和安裝凹部50之間的氦氣壓力， 下面參照圖6進(jìn)行說明。如前所述，根據(jù)本實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)20A,在蓄冷器盒40 的低溫端形成具有連接孔43的突出部42，該蓄冷器盒40可移動地 安裝在形成于致冷臺28上的安裝凹部50上。由于安裝凹部50經(jīng)由 連接孔43與蓄冷器盒40內(nèi)連通，所以導(dǎo)入蓄冷器盒40的氦氣的壓 力經(jīng)由連接孔43也施加給安裝凹部50。以往，如使用圖4說明的那樣，蓄冷器盒18的底部18B平坦， 僅形成了開口 18A。因此，導(dǎo)入到蓄冷器盒18內(nèi)的氦氣的壓力被施 加給容器底面19的整個面(面積Sl)，因而，在致冷臺8及蓄冷器 筒10發(fā)生振動的力Fl成為Fl=PxSl這樣較大的力。與此相比，本實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)20A，如圖6所示，形成在 蓄冷器盒40的底部45安裝了突出部42，該突出部42可氣密性地在 形成于致冷臺28的安裝凹部50中移動。突出部42的外徑小于蓄冷 器盒40的直徑，此外，安裝凹部50的內(nèi)經(jīng)與突出部42的外徑大致 相等。因此，安裝凹部的凹部底面51的面積(圖6 (B)中用梨皮狀 部分表示的面積。以下，設(shè)為面積S2)小于蓄冷器盒40的截面積。因此，如果將通過導(dǎo)入到蓄冷器盒40內(nèi)的氦氣的壓力使致冷臺 28向箭頭X2方向移動的力設(shè)為F2，將蓄冷器盒40內(nèi)的單位面積的 壓力設(shè)為P，則F2二PxS2 (忽略連接通路24引起的壓力損失)。同 在以往的脈沖管冷凍機(jī)中被施加氦氣壓力的容器底面19的面積S1相 比，該凹部底面51的面積S2是非常小的值(S2<S1)。因此，使致 冷臺28位移的力F2，與以往相比也減小(F2<F1)。因而，使致冷 臺28位移的力變小，能夠控制發(fā)生在脈沖管冷凍機(jī)20A的振動。下面，繼續(xù)與以往的技術(shù)比較，并通過具體例說明根據(jù)本實(shí)施例 的脈沖管冷凍機(jī)20A。以往的脈沖管冷凍機(jī)的各種參數(shù)設(shè)定如下。即，將蓄冷器筒10 的內(nèi)徑設(shè)定為50mm，將蓄冷器筒10的長度設(shè)定為150mm，將蓄冷 器筒10的壁厚設(shè)定為lmm，將蓄冷器筒10的材質(zhì)設(shè)定為不銹鋼， 將氦壓縮機(jī)1的高壓時的壓力設(shè)定為2Mpa，將氦壓縮機(jī)1的低壓時 的壓力設(shè)定為0.8MPa。然后，如果基于這些參數(shù)進(jìn)行計算，在高壓 時致冷臺8所受的力Fl為392kg。此外，在低壓時致冷臺8所受的 力Fl為157kg。因而，在高壓時和低壓時，施加給致冷臺8的力F1 的變動幅度為235kg，蓄冷器筒10的變形量的振幅大約為12pm。即， 致冷臺8的箭頭X1、 X2方向的振幅大約為12pm。與此相比，在本實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)20A中，如前所述只有
安裝凹部50的凹部底面51接受壓力變動，其它部分(蓄冷器盒40 的內(nèi)壁等)接受固定的壓力。該固定的壓力不影響致冷臺28的振動。在本實(shí)施例中，將各種參數(shù)設(shè)定為蓄冷器筒10的內(nèi)徑為50mm, 蓄冷器盒40的外徑為16mm，蓄冷器筒10的長度為150mm，蓄冷器 筒10的壁厚為lmm，蓄冷器筒10的材質(zhì)為不銹鋼，氦壓縮機(jī)21的 高壓時的壓力為2Mpa，氦壓縮機(jī)21的低壓時的壓力為0.8Mpa，中 間壓力為1.4MPa。然后，如果基于這些參數(shù)進(jìn)行計算，在高壓時致冷臺28所受的 力Fl為315kg。此外，在低壓時致冷臺28所受的力Fl為281kg。因 而，在高壓時和低壓時，外加給致冷臺28的力Fl的變動幅度為24kg， 蓄冷器筒10的變形量的振幅大約為1.2jim。 g口，在本實(shí)施例中，致 冷臺8的箭頭X1、 X2方向的振幅大約為1.2(im，與以往相比，能夠 將發(fā)生在致冷臺28的位移量(振動)減小到大致1/10。另一方面，如上所述地產(chǎn)生氦氣的壓力變動的情況下，在蓄冷器 筒30及致冷臺28和蓄冷器盒40之間發(fā)生相對的位移(XI 、 X2方 向的位移)。為了吸收該相對的位移，所以本實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī) 20A，在蓄冷器盒40的底部45和蓄冷器筒30的底面30A之間，以 及突出部42的前端部和凹部底面51之間，設(shè)有規(guī)定的間隙AH。該間隙AH被設(shè)定為比上述的相對位移的最大值更大的值。根據(jù) 該構(gòu)成，即使因氦氣的壓力，致冷臺28和蓄冷器筒30相對于蓄冷器 盒40具有相對位移，由于該位移也在間隙AH內(nèi)被吸收，因此致冷 臺28及蓄冷器筒30和蓄冷器盒40也不會相互干擾。另外，上述的 間隙AH最好設(shè)定為500pm以上且O.lmm以下。下面，說明本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖7表示第二實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)20B。另外，在圖7中，對 于與圖5及圖6所示的第一實(shí)施例的脈沖管冷凍機(jī)20A的結(jié)構(gòu)相同 的結(jié)構(gòu)，付與相同的附圖標(biāo)記，并省略其說明。圖6所示的脈沖管冷凍機(jī)20B 二級式的雙入口式，或者4脈沖式 的脈沖管冷凍機(jī)。由于該脈沖管冷凍機(jī)20B是二級式的，所以作為蓄 冷器具有第i級蓄冷器22A和第2級蓄冷器22B，此外，作為脈沖管 具有第1級脈沖管26A和第2級脈沖管26B。第1級蓄冷器22A的高溫端和第1級脈沖管26A及第2級脈沖 管26B的高溫端，都被真空法蘭27支承。該第1級蓄冷器22A由第 1級蓄冷器筒30A和蓄冷器盒40構(gòu)成。第1級蓄冷器22A包括設(shè)在 真空法蘭27與致冷臺28B之間的第1級蓄冷器筒30A、和收納在該 第1級蓄冷器筒30A內(nèi)的蓄冷器盒40。蓄冷器盒40形成可安裝到第 1級蓄冷器筒30A、且可從第1級蓄冷器筒30A卸下的結(jié)構(gòu)。此外，在蓄冷器盒40的底部45形成有向致冷臺28B (圖中的朝 箭頭X2方向)突出的突出部42。在該突出部42的中央形成有上下 貫通的連接孔43。此外，在致冷臺28B形成與突出部42對應(yīng)的安裝凹部50，突出 部42以可向箭頭XI、 X2方向(致冷臺28A、 29B及第1級蓄冷器 筒30A的振動方向)移動的結(jié)構(gòu)插入在安裝凹部50內(nèi)。該安裝凹部 50的截面積被設(shè)定成小于蓄冷器盒40的截面積(因此，小于第1級 蓄冷器筒30A的截面積)。另外，在本實(shí)施例中，安裝凹部50的內(nèi) 徑與構(gòu)成第2級蓄冷器22B的第2級蓄冷器筒30B的內(nèi)徑相等。另一方面，第1級蓄冷器22A和第2級蓄冷器22B直接連接。 即，第1級蓄冷器22A的低溫端(箭頭X2方向端部)與第2級蓄冷 器22B的高溫端(箭頭XI方向端部)連接。第1級蓄冷器22A的低 溫端和第1級脈沖管26A的低溫端通過連接通路24A連接。此外， 第2級蓄冷器22B的低溫端和第2級脈沖管26B的低溫端通過第2 連接通路24B連接。如果上述脈沖管冷凍機(jī)20B處于運(yùn)行模式，被氦壓縮機(jī)21壓縮 的高壓氦氣經(jīng)由配管36流入第1級蓄冷器22A的蓄冷器盒40。流入 到蓄冷器盒40的氦氣由配置在蓄冷器盒40內(nèi)的蓄冷材料29A冷卻， 一邊降低溫度，其一部分從設(shè)在蓄冷器盒40的低溫端的連接孔43， 通過連接通路24A，流入到第1級脈沖管26A的低溫端。在第1級脈沖管26A內(nèi)已存在的低壓氣體被新流入的工作氣體 壓縮，所以第1級脈沖管26A內(nèi)的壓力高于配設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25 內(nèi)的第1緩沖筒(未圖示)內(nèi)的壓力。因此，第1級脈沖管26A內(nèi)
的氦氣通過配設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25內(nèi)的小孔(未圖示)，流入到第l 緩沖筒。另一方面，在回收模式中，第1級脈沖管26A內(nèi)的氦氣流入到 第1級蓄冷器22A的低溫端內(nèi)，通過蓄冷器盒40內(nèi)，并經(jīng)由配管36 被回收到氦壓縮機(jī)21。如上所述，通過相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25，壓力變動 的相位和氦氣(工作氣體)的體積變化的相位具有固定的相位差而變 化。通過該相位差，在第1級脈沖管26A的低溫端發(fā)生伴隨工作氣 體膨脹的寒冷。另一方面，在運(yùn)行模式中，從氦壓縮機(jī)21流入到蓄冷器盒40的 氦氣內(nèi)的、未流入第1級脈沖管26A的氦氣，從蓄冷器盒40 (第1 級蓄冷器22A)流入第2級蓄冷器22B。此時，由于被第1級脈沖管 26A冷卻的氦氣流入到第1級蓄冷器22A的低溫端，所以該低溫端 被冷卻。因而，從第1級蓄冷器22A流入第2級蓄冷器22B的氦氣， 被第1級脈沖管26A冷卻后，流入第2級蓄冷器22B的高溫端。流入到第2級蓄冷器22B的氦氣，被配設(shè)在第2級蓄冷器22B 內(nèi)的蓄冷材料29B冷卻，進(jìn)一步降溫的同時到達(dá)低溫端，然后通過形 成在第2級致冷臺28A的第2連接通路24B，流入第2級脈沖管26B 的低溫端。在第2級脈沖管26B內(nèi)己存在的低壓氣體被新流入的氦氣 壓縮，所以第2級脈沖管26 B內(nèi)的壓力高于設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25內(nèi) 的第2緩沖筒(未圖示)內(nèi)的壓力。因此，第2級脈沖管26B內(nèi)的 工作氣體通過內(nèi)設(shè)在相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25中的小孔(未圖示)，流入第2 緩沖筒。接著，在回收模式中，第2級脈沖管26 B內(nèi)的氦氣流入第2級 蓄冷器22B的低溫端。流入到該第2級蓄冷器22B的低溫端的氦氣， 進(jìn)一步通過第1級蓄冷器22A的蓄冷器盒40內(nèi)，從高溫端被回收到 氦壓縮機(jī)21。如前所述，通過相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)25，壓力變動的相位和氦氣(工 作氣體)的體積變化的相位具有固定的相位差而變化。通過該相位差， 在第2級脈沖管26B的低溫端也發(fā)生伴隨氦氣膨脹的寒冷。在本實(shí)施 例中，在第1級蓄冷器22A及第1級脈沖管26A被冷卻的氦氣，在第2級蓄冷器22B及第2級脈沖管26B進(jìn)一步被冷卻，所以能夠?qū)?第2級脈沖管26B的低溫端處的溫度(第2級致冷臺28A的溫度) 設(shè)定為超低溫度(例如4左右)。此外，本實(shí)施例涉及的脈沖管冷凍機(jī)20B中，在蓄冷器盒40的 低溫端部設(shè)置突出部42，并且，在致冷臺28B設(shè)置直徑比蓄冷器盒 40小的安裝凹部50，即使氦氣侵入該安裝凹部50內(nèi)，也能夠?qū)⒃摵?氣形成的使致冷臺28B及第1級蓄冷器筒30A位移的力F2抑制成很 小。由此。能夠防止在致冷臺28B及第1級蓄冷器筒30A發(fā)生變形， 能夠抑制在脈沖管冷凍機(jī)20B發(fā)生振動。另外，上述的第1及第二實(shí)施例涉及的脈沖管冷凍機(jī)20A、 20B, 能夠適用于各種設(shè)備及裝置。例如，能夠用作超導(dǎo)裝置、低溫泵裝置、 超低溫計測分析裝置、及核磁共振裝置等的冷凍裝置。
權(quán)利要求
1.一種脈沖管冷凍機(jī)，其特征在于，具備蓄冷器盒，其高溫端與壓力變動源連接；脈沖管，其低溫端經(jīng)由基臺部件與該蓄冷器盒的低溫端連接；相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，與該脈沖管的高溫端連接；法蘭，用于配設(shè)該相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；蓄冷器筒，設(shè)在該法蘭和所述多級部件之間，收納所述蓄冷器盒；在所述蓄冷器盒的低溫端，形成用于與所述脈沖管連接的連接孔，并且形成向所述多級部件突出的突出部；在所述多級部件上形成可移動地安裝所述突出部的安裝凹部；并且，將所述安裝凹部的截面積設(shè)定成小于所述蓄冷器盒的截面積。
2. 如權(quán)利要求1所述的脈沖管冷凍機(jī)，其特征在于， 在所述容器本體和所述蓄冷器盒之間設(shè)有間隙部，該間隙部大于所述容器本體和所述蓄冷器盒的相對的位移量。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的脈沖管冷凍機(jī)，其特征在于， 在所述突出部或所述安裝凹部的至少一方配設(shè)了活塞環(huán)。
4. 一種超導(dǎo)裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的脈沖管冷凍機(jī)。
5. —種低溫泵，其特征在于，具有權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的脈沖管冷凍機(jī)。
6. —種超低溫計測分析裝置，其特征在于， 具有權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的脈沖管冷凍機(jī)。
7. —種核磁共振裝置，其特征在于， 具有權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的脈沖管冷凍機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用了蓄冷器盒的脈沖管冷凍機(jī)，即使是在蓄冷器筒內(nèi)設(shè)置了蓄冷器盒的結(jié)構(gòu)，也能夠抑制在蓄冷器筒及多級部件發(fā)生振動。該脈沖管冷凍機(jī)具備蓄冷器盒(40)；脈沖管(26)；相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(25)，進(jìn)行成為工作氣體的氦氣的相位調(diào)節(jié)；蓄冷器筒(30)，設(shè)在真空法蘭(27)和致冷臺(28)的之間，用于在內(nèi)部收納蓄冷器盒(40)。在蓄冷器盒(40)的低溫端形成具有連接孔(43)的突出部(42)，在致冷臺(28)形成可移動地安裝所述突出部(42)的安裝凹部(50)，將該安裝凹部(50)的截面積設(shè)定成小于蓄冷器盒(40)的截面積。
文檔編號F25B9/14GK101153756SQ20061014153
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者顏鵬達(dá) 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會社