JPH08313095A - 蓄冷式冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却対象への適応性の向上および最終段冷却部
の冷凍能力向上を図れる蓄冷式冷凍機を提供する。 【構成】蓄冷器を複数段備えて複数段膨張方式を採用す
る蓄冷式冷凍機において、最低温度を発生させる最終段
冷却部１４がパルスチューブ冷凍機を構成しており、パ
ルスチューブ冷凍機を構成するパルスチューブ３７の軸
心線と蓄冷器３２の軸心線とがほぼ平行で、かつこれら
の軸心線と最終段冷却部以外の冷却部１３における軸心
線との間にある角度差を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄冷器を複数段備えて
複数段膨張方式を採用する蓄冷式冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、現在実用化されている超
電導磁石装置の多くは、断熱容器内に超電導コイルと液
体ヘリウムで代表される極低温冷媒とを一緒に収容する
浸漬冷却方式を採用するとともに断熱容器の断熱層中に
設けられたサーマルシールドを極低温冷凍機で冷却する
方式を採用している。また、最近では断熱容器内に収容
された超電導コイルを極低温冷凍機で直接的に冷却する
冷凍機直冷方式の超電導磁石装置も実用化されつつあ
る。

【０００３】ところで、このような超電導磁石装置で
は、小型で、しかも十分に低い到達温度が得られるなど
の理由から、極低温冷凍機として蓄冷式冷凍機を用いて
いるものが多い。このような蓄冷式冷凍機は、通常、蓄
冷器を複数段備えて複数段膨張方式を採用するとともに
冷却系統全体への高圧ガスの導入および上記冷却系統全
体からのガス排出を交互に行うガス制御系を常温部に備
えている。その代表的なものとしてギフォード・マクマ
ホン冷凍サイクルを採用した蓄冷式冷凍機を挙げること
ができる。

【０００４】ギフォード・マクマホン冷凍サイクルを採
用した蓄冷式冷凍機は、第１段の冷却部から最終段の冷
却部に至るまで各段毎にディスプレーサを備え、これら
ディスプレーサに各段の蓄冷材を保持する機能と膨張室
の一部を構成する機能とを発揮させている。

【０００５】しかしながら、このように構成された蓄冷
式冷凍機では、各段毎にディスプレーサを機械的に連結
して各冷却部を同軸的に配置する必要があるので、冷却
部の段数を増やすと冷凍機の全長が長くなり、これが原
因して冷却対象の構造が制限されるという問題があっ
た。また、最終段冷却部にも摺動シール要素を必要とす
るので、このシール部からのガス漏れを低減することが
困難で、最終段冷却部の冷凍能力を向上させることが本
質的に困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の蓄
冷式冷凍機にあっては、冷凍機全体の全長が長く、冷却
対象の構造が制限されるばかりか、最終段冷却部の冷凍
能力を向上させることが本質的に困難であった。

【０００７】そこで本発明は、上記の不具合を解消で
き、冷却対象への適応性の向上および最終段冷却部の冷
凍能力向上を図れる蓄冷式冷凍機を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、蓄冷器を複数段備えて複数段膨張方式を
採用する蓄冷式冷凍機において、最低温度を発生させる
最終段冷却部がパルスチューブ冷凍機を構成しており、
上記パルスチューブ冷凍機を構成するパルスチューブの
軸心線と蓄冷器の軸心線とがほぼ平行で、かつこれらの
軸心線と最終段冷却部以外の冷却部における軸心線との
間に角度差を設けたことを特徴としている。

【０００９】なお、冷凍機全体の全長を短くするため
に、前記角度差が９０度あるいは１８０度であることが
好ましい。また、前記冷却系統の前記最終段冷却部より
高温側に位置する冷却部は、ギフォード・マクマホン冷
凍サイクル、スターリング冷凍サイクル、修正型ソルベ
ー冷凍サイクルのいずれでもよい。また、パルスチュー
ブの低温部が重力方向下部に、高温部が重力方向上部に
位置するように配置することが望ましい。

【００１０】

【作用】最終段冷却部がパルスチューブ冷凍機を構成し
ており、このパルスチューブ冷凍機を構成するパルスチ
ューブの軸心線と蓄冷器の軸心線とがほぼ平行で、かつ
これらの軸心線と最終段冷却部以外の冷却部における軸
心線との間に角度差を有しているので、たとえば角度差
を９０度や１８０度に設定すると、従来の冷凍機に比べ
て大幅に全長を短くでき、各種の冷却対象への適応性を
高めることができる。

【００１１】なお、パルスチューブ冷凍機の場合、パル
スチューブの低温部を重力方向上部に、高温部を重力方
向下部に配置すると、温度の低い密度の大きいガスが上
方に位置することになるので、パルスチューブ内で対流
が生じて冷凍能力が低下する。このため、パルスチュー
ブ冷凍機ではパルスチューブの低温部が重力方向下部
に、高温部が重力方向上部に位置するように配置するこ
とが性能向上のための条件となる。一方、ギフォード・
マクマホン冷凍サイクル、スターリング冷凍サイクル、
修正型ソルベー冷凍サイクルを採用した冷却部では、パ
ルスチューブ冷凍機に比べて対流が起こり難いので、配
置条件によって冷凍性能に変化が現れることは少ない。
したがって、上述したパルスチューブ冷凍機の配置条件
さえ満たすようにすれば、冷凍機の全長が短いことによ
る利点を最大限に発揮させることができる。

【００１２】また、パルスチューブ冷凍機は、可動部分
が全くないので、摺動シール要素を必要としない。した
がって、最終段冷却部に高い冷凍能力を発揮させること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る蓄冷式冷凍機を組
込んだ超電導磁石装置、ここには冷凍機直冷方式の超電
導磁石装置が示されている。

【００１４】同図において、１は断熱容器としての真空
容器を示している。この真空容器１は非磁性材で形成さ
れている。真空容器１には、その上壁および下壁を一体
に、かつ気密に貫通する筒状壁２が設けられている。そ
して、真空容器１内には筒状壁２を囲む環状の空間３を
形成するように非磁性金属材で形成されたサーマルシー
ルド４が配置されている。

【００１５】サーマルシールド４によって形成された環
状空間３内には、筒状壁２と同心的に超電導コイル５が
配置されている。この超電導コイル５は、臨界温度がた
とえば１５Ｋ程度の超電導線で形成されており、その両
線端は臨界温度が５０Ｋ以上の酸化物超電導体等で形成
された電流リード６ａ，６ｂの一端側に接続されてい
る。電流リード６ａ，６ｂの他端側はサーマルシールド
４とは絶縁状態にサーマルシールド４の外部に導かれて
燐脱酸銅などで形成された電流リード７ａ，７ｂの一端
側に接続されている。電流リード６ａ，６ｂと電流リー
ド７ａ，７ｂとの接続部はサーマルシールド４の外面に
取付けられた、たとえば窒化アルミニウム製のサーマル
アンカ８ａ，８ｂに熱的に接続されている。電流リード
７ａ，７ｂの他端側は真空容器１の上壁を貫通して設け
られたブッシングを介して外部へ導かれている。また、
超電導コイル５には、このコイルのたとえば軸方向にお
ける一方の端面に熱的に密接する関係に銅製の熱伝導部
材９が配置されている。

【００１６】真空容器１の内外には、一部が真空容器１
内に位置し、残りが真空容器１外に位置して超電導コイ
ル５の温度環境保持、具体的にはサーマルシールド４を
５０Ｋ程度に、また超電導コイル５を５Ｋ程度に冷却す
る機能を発揮する２段膨張式の蓄冷式冷凍機１０が配置
されている。

【００１７】この蓄冷式冷凍機１０は、コールドヘッド
１１と、ガス制御系１２とで構成されている。コールド
ヘッド１１は、第１段冷却部１３と、これに直列に接続
された第２段冷却部１４とで構成されている。第１段冷
却部１３はギホード・マクマホン冷凍サイクルを採用し
ており、また第２段冷却部１４はパルスチューブ冷凍サ
イクルを採用している。

【００１８】第１段冷却部１３は、軸心線が重力方向に
対して直交するように配置され、両端の閉じられたシリ
ンダ１５を備えており、このシリンダ１５内には断熱材
で形成されたディスプレーサ１６が重力方向とは直交す
る方向に往復動自在に収納されている。そして、シリン
ダ１５のヘッド壁部分に圧縮された冷媒ガスを膨張させ
て寒冷を発生する第１段冷却ステージ１７が設けられて
いる。この第１段冷却ステージ１７、つまりシリンダ１
５のヘッド壁外面がサーマルシールド４に熱的に接続さ
れている。なお、シリンダ１５は、薄いステンレス鋼板
等で形成されている。

【００１９】ディスプレーサ１６の内部には第１段の蓄
冷器を構成するための流体通路１８が軸方向に形成され
ており、この流体通路１８にはたとえば銅で作られたメ
ッシュ構造の蓄冷材１９が収容されている。

【００２０】ディスプレーサ１６の外周面右端部、つま
り常温に近い部分とシリンダ１５の内周面との間には、
シール装置２０が装着されている。ディスプレーサ１６
の図中右端は、連結ロッド２１、スコッチヨークあるい
はクランク軸２２等を介してモータ２３の回転軸に連結
されている。したがって、モータ２３が回転すると、こ
の回転に同期してディスプレーサ１６が図中左右方向に
往復動する。

【００２１】シリンダ１５の右方空間にはヘリウムガス
の導入口２４および排出口２５が設けてあり、これら導
入口２４および排出口２５はガス制御系１２に接続され
ている。

【００２２】ここで、ガス制御系１２は、導入口２４お
よび排出口２５をモータ２３の回転に同期して開閉制御
される高圧弁２６，低圧弁２７を介してコンプレッサ２
８に接続した構成となっている。ガス制御系１２を構成
しているコンプレッサ２８、高圧弁２６、低圧弁２７
は、シリンダ１５を経由するヘリウムガス循環系を構成
している。すなわち、低圧（約８ａｔｍ）のヘリウムガ
スをコンプレッサ２８で高圧（約２０ａｔｍ）に圧縮し
てシリンダ１５内に送り込む動作と、シリンダ１５内の
ヘリウムガスを排気する動作とを交互に行うようにして
いる。

【００２３】一方、第２段冷却部１４はサーマルシール
ド４で囲まれた空間に配置されており、次のように構成
されている。すなわち、シリンダ１５のヘッド壁にシリ
ンダ１５内に通じる関係に配管３１の一端側を接続し、
この配管３１の他端側を第２段の蓄冷器３２の一方の接
続口に接続している。第２段の蓄冷器３２は、断熱材で
形成された容器３３と、この容器３３内に収容されたＥ
ｒ₃ Ｎｉ等からなる磁気相転移に伴う異常磁気比熱等を
利用した磁性蓄冷材３４とで構成されている。

【００２４】第２段の蓄冷器３２の他方の接続口は、第
２段冷却ステージ３５を構成する吸熱管３６を介して上
記吸熱管３６より大径なパルスチューブ３７の一端側に
接続されている。このパルスチューブ３７の他端側は、
一方においてはオリフィスバルブ付のキャピラリーチュ
ーブ３８を介して配管３１内に通じており、他方におい
てはオリフィスバルブ付のキャピラリーチューブ３９を
介してサーマルシールド４と真空容器１の上壁との間に
配置されたバッファータンク４０に通じている。すなわ
ち、この第２段冷却部１４は、ダブルインレット方式を
採用したパルスチューブ冷凍機を構成している。なお、
図では省略しているが、パルスチューブ３７の高温端お
よびバッファタンク４０はサーマルシールド４に熱的に
接続されて冷却されている。

【００２５】ここで、蓄冷器３２とパルスチューブ３７
とは次の関係に設けられている。すなわち、パルスチュ
ーブ３７は低温端Ａが重力方向下側、高温端Ｂが重力方
向上側となるように配置されている。そして、パルスチ
ューブ３７の軸心線と蓄冷器３２の軸心線とがほぼ平行
で、かつこれら軸心線と重力方向との間の傾き角θがθ
＜±３０度となるように設定されている。また、この実
施例では、パルスチューブ３７の軸心線および蓄冷器３
２の軸心線とシリンダの軸心線との間の角度差がほぼ９
０度となるように設定されている。

【００２６】第２段冷却ステージ３５には、銅ブロック
などで構成された伝熱ブロック４１が熱的に接続されて
おり、この伝熱ブロック４１と前述した熱伝導部材９と
が銅材などで形成された伝熱材４２で熱的に接続されて
いる。

【００２７】なお、図１中、４３は超電導コイル５で発
生した磁場の影響でモータ２３の動作が阻害されるのを
防止するための磁気シールドを示している。また、この
図１では超電導コイル５やサーマルシールド４の位置保
持手段などが省略されている。

【００２８】次に、上記のように構成された超電導磁石
装置の運転モード時の動作、特に超電導コイル５の温度
環境保持動作を説明する。超電導コイル５の温度環境保
持に必要な寒冷の発生は、第１段冷却ステージ１７およ
び第２段冷却ステージ３５で行われる。第１段冷却ステ
ージ１７は熱負荷のない理想状態では３０Ｋ程度まで冷
却される。また、第２段冷却ステージ３５は４Ｋ程度ま
で冷却される。したがって、ディスプレーサ１６の左右
端間には常温（３００Ｋ）から３０Ｋまでの温度勾配が
生じ、また蓄冷器３２の上下端間（パルスチューブ３７
の上下端間）には３０Ｋから４Ｋまでの温度勾配が生じ
る。

【００２９】モータ２３が回転を開始すると、ディスプ
レーサ１６が下死点（図中最右点）と上死点（図中最左
点）との間を往復動する。ディスプレーサ１６が上死点
に達した時点で高圧弁２６が開き、高圧ヘリウムガスが
コールドヘッド１１内に流入する。ディスプレーサ１６
の外周面とシリンダ１５の内周面との間にはシール装置
２０が装着されているので、流入した高圧ヘリウムガス
はディスプレーサ１６に形成された流体通路１８を通っ
た後に蓄冷器３２を経てパルスチューブ３７へと流れ
る。この流れに伴って、パルスチューブ３７へ流れ込む
高圧ヘリウムガスは、まず蓄冷材１９によって５０Ｋ程
度に冷却された後に磁性蓄冷材３４によってさらに５Ｋ
程度に冷却される。

【００３０】ここで、ディスプレーサ１６が下死点に達
すると、高圧弁２６が閉じ、低圧弁２７が開く。このよ
うに低圧弁２７が開くと、ディスプレーサ１６とシリン
ダ１５のヘッド壁との間の空間４３に存在している高圧
ヘリウムガスが断熱膨張して寒冷を発生する。この寒冷
によって第１段冷却ステージ１７が外部、つまりサーマ
ルシールド４から吸熱する。この結果、サーマルシール
ド４は５０Ｋ程度の温度に冷却される。

【００３１】一方、低圧弁２７が開くと、パルスチュー
ブ３７内の高圧ヘリウムガスが断熱膨張して寒冷を発生
する。この寒冷によって第２段冷却ステージ３５が外
部、この例の場合には伝熱ブロック４１、伝熱材４２、
熱伝導部材９を介して超電導コイル５から吸熱する。こ
の結果、超電導コイル５は、臨界温度以下の５Ｋ程度に
冷却される。

【００３２】ディスプレーサ１６が再び上死点へと移動
すると、これに伴ってパルスチューブ３７内の低温のヘ
リウムガスが第２段の蓄冷器３２内に逆流し、この逆流
で磁性蓄冷材３４を冷却する。また、空間４３の低温の
ヘリウムガスは流体通路１８内を通過し、この通過の際
に蓄冷材１９を冷却する。したがって、シリンダ１５の
右端空間にはほぼ常温まで温度上昇したヘリウムガスが
集まり、このガスが低圧弁２７を介してコンプレッサ２
８へと排出される。なお、キャピラリーチューブ３８，
３９およびバッファータンク４０は、第２段冷却部１４
を構成しているパルスチューブ冷凍機での圧力変化位相
とガスの変位位相との位相差を調整して効率の良い寒冷
発生に寄与している。

【００３３】上述したサイクルが繰り返されて超電導コ
イル５の温度環境保持が実行される。したがって、超電
導コイル５は常に臨界温度以下の５Ｋ程度に保持され、
またサーマルシールド４は輻射によって超電導コイル５
への熱侵入を抑制する５０Ｋ程度に保持される。

【００３４】このように、本実施例に係る蓄冷式冷凍機
では、第２段冷却部（最終段冷却部）１４がパルスチュ
ーブ冷凍機を構成している。そして、このパルスチュー
ブ冷凍機を構成するパルスチューブ３７は、低温端Ａが
重力方向下方に位置し、高温端Ｂが重力方向上方に位置
している。また、パルスチューブ３７の軸心線と蓄冷器
３２の軸心線とがほぼ平行で、かつこれらの軸心線と第
１段冷却部（最終段冷却部以外の冷却部）１３における
軸心線との間にほぼ９０度の角度差を設けている。した
がって、従来の冷凍機に比べて大幅に全長を短くでき、
各種の冷却対象への適応性を高めることが可能となる。

【００３５】ここで、パルスチューブ冷凍機の特性につ
いて説明する。パルスチューブ冷凍機の場合、パルスチ
ューブ３７の低温端Ａを重力方向上部に、高温端Ｂを重
力方向下部に配置すると、温度の低い密度の大きいガス
が上方に位置することになるので、パルスチューブ３７
内で対流が生じて冷凍能力が低下する。

【００３６】図２には重力方向に対するパルスチューブ
３７および蓄冷器３２の軸心線の傾き角θが第２段冷却
ステージ３５の４Ｋにおける冷凍能力に与える影響を蓄
冷器３２の蓄冷材をパラメータとして調べた結果が示さ
れている。この図において、θ＝０度とはパルスチュー
ブ３７および蓄冷器３２の軸心線が重力方向と平行で、
かつパルスチューブ３７の低温端Ａが下方に、高温端Ｂ
が上方に位置していることを意味している。また、θ＝
９０度とはパルスチューブ３７および蓄冷器３２の軸心
線が重力方向に対して直交していることを意味し、θ＝
１８０度とはパルスチューブ３７および蓄冷器３２の軸
心線が重力方向と平行で、かつパルスチューブ３７の低
温端Ａが上方に、高温端Ｂが下方に位置していることを
意味している。

【００３７】この図２から判るように、４Ｋにおける冷
凍能力は傾き角θに依存しており、θが大きくなるにつ
れて冷凍能力が大幅に低減する。特に、蓄冷器３２の蓄
冷材としてＥｒ₃ Ｎｉで代表される磁性蓄冷材を使用し
た場合には、鉛を使用した場合に比べて影響が大きい。
しかも、その傾向はθ＝３０度あたりを境にして急激に
強くなっている。このことは、逆にθ＜３０ではほとん
ど冷凍能力の低下が見られないことを示している。した
がって、パルスチューブ冷凍機を用いる場合にはθ＜±
３０の条件を守る必要がある。一方、ギフォード・マク
マホン冷凍サイクルを採用している第１段冷却部１３で
は、対流が起こり難いので、配置条件によって冷凍性能
に変化が現れることはない。したがって、上述したパル
スチューブ冷凍機の配置条件さえ満たしていれば、冷凍
機の全長が短いことによる利点を最大限に発揮させるこ
とができる。

【００３８】また、パルスチューブ冷凍機は、可動部分
が全くないので、摺動シール要素を必要としない。した
がって、最終段冷却部に高い冷凍能力を発揮させること
が可能となる。

【００３９】図４には本発明の別の実施例に係る蓄冷式
冷凍機１０ａの模式的構成図が示されている。なお、こ
の図では図１と同一機能部分が同一符号で示されてい
る。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略す
る。

【００４０】この実施例に係る蓄冷式冷凍機１０ａで
は、パルスチューブ３７の軸心線と蓄冷器３２の軸心線
とがほぼ平行で、かつこれらの軸心線の重力方向に対す
る傾き角θをθ＜±３０度に設定している。また、パル
スチューブ３７および蓄冷器３２の軸心線と第１段冷却
部１３における軸心線との間にほぼ１８０度の角度差を
設けている。

【００４１】このように構成しても図１に示す実施例と
同様の効果を得ることができる。図３には本発明のさら
に別の実施例に係る蓄冷式冷凍機１０ｂの模式的構成図
が示されている。なお、この図では、図１と同一機能部
分が同一符号で示されている。したがって、重複する部
分の詳しい説明は省略する。

【００４２】この実施例に係る蓄冷式冷凍機１０ｂが図
１に示されるものと異なる点は、第１段冷却１３がガス
圧力可変機構５１とでスターリング冷凍サイクルを構成
していることにある。

【００４３】すなわち、第１段冷却部１３のディスプレ
ーサ１６は、連結ロッドやスコッチヨークなどの連結部
材５２を介してクランク室５３内に設けられたクランク
機構５４に連結され、このクランク機構５４の回転に同
期して往復動制御される。なお、シリンダ１５とクラン
ク室５３とはシール装置によって分離されている。ま
た、クランク機構５４は図示しないモータによって回転
駆動される。

【００４４】一方、ガス圧力可変機構５１は、シリンダ
５５と、このシリンダ５５内に往復動自在に配置された
ピストン５６とを備えている。ピストン５６は、連結ロ
ッドやスコッチヨークなどの連結部材５７を介してクラ
ンク機構５４に連結され、ディスプレーサ１６の往復動
位相に対して所定の位相差で往復動制御される。なお、
シリンダ５５とクランク室５３とはシール装置によって
分離されている。そして、シリンダ５５とピストン５６
との間に形成された容積可変の空間５８は、ガス通路５
９を介してシリンダ１５とデイスプレーサ１６の背面と
の間に形成された空間に通じている。空間５８、ガス通
路５９、シリンダ１５、蓄冷器３２、パルスチューブ３
７、バッファータンク４０からなる閉じられた空間には
ヘリウムガスが封入されている。

【００４５】この実施例に係る蓄冷式冷凍機１０ｂにお
いても、パルスチューブ３７の軸心線と蓄冷器３２の軸
心線とがほぼ平行で、かつこれらの軸心線の重力方向に
対する傾き角θはθ＜±３０度に設定されている。ま
た、パルスチューブ３７および蓄冷器３２の軸心線と第
１段冷却部１３における軸心線との間にほぼ９０度の角
度差を設けている。

【００４６】スターリング冷凍サイクルもギホード・マ
クマホン冷凍サイクルも基本的には同じ冷凍原理を採用
している。すなわち、クランク機構５４が回転すると、
シリンダ５５とピストン５６とが空間５８でヘリウムガ
スを圧縮して送り出す動作と、ヘリウムガスを空間５８
へ吸い込む動作とを繰り返す。したがって、ガス圧力可
変機構５１は、図１に示したコンプレッサ２８、高圧弁
２６、低圧弁２７からなるガス制御系１２と等価な動作
を行っていることになる。

【００４７】このように構成しても図１および図２に示
す実施例と同様の効果を得ることができる。なお、本発
明は上述した実施例に限定されるものではない。すなわ
ち、上記各実施例では、第１段冷却部にギフォード・マ
クマホン冷凍サイクルあるいはスターリング冷凍サイク
ルを採用しているが、修正型ソルベー冷凍サイクルを採
用することもできる。また、上記各実施例では、冷却部
を２段設けて冷却系統を構成しているが、３段以上設け
てもよい。さらに、パルスチューブ冷凍機のパルスチュ
ーブ高温端を常温部まで延出させたり、パルスチューブ
冷凍機の位相制御機構を常温部に設けてもよい。さらに
また、パルスチューブの高温端を常温部に延出させる場
合には、パルスチューブの高温部側に蓄冷材を収容して
常温部からの熱侵入を抑制するようにしてもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷凍機の全長を短くできるので、各種冷却対象への適用
を可能化でき、しかも最終段冷却部を摺動シール要素を
必要としないパルスチューブ冷凍機に構成しているの
で、最終段冷却部の冷凍性能を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る蓄冷式冷凍機を組み込
んだ冷凍機直冷式方式の超電導磁石装置の概略構成図

【図２】パルスチューブおよび蓄冷器における軸心線の
重力方向に対する傾き角θが冷却ステージにおける冷凍
能力に与える影響を調べた結果を示す図

【図３】本発明の別の実施例に係る蓄冷式冷凍機の模式
的構成図

【図４】本発明のさらに別の実施例に係る蓄冷式冷凍機
の模式的構成図

【符号の説明】

１…断熱容器としての真空容器 ４…サーマルシールド ５…超電導コイル １０，１０ａ，１０ｂ…蓄冷式冷凍機 １１…コールドヘッド １２…ガス制御系 １３…第１段冷却部 １４…第２段冷却部 １７…第１段冷却ステージ ３２…蓄冷器 ３５…第２段冷却ステージ ３７…パルスチューブ ５１…ガス制御系としてのガス圧力可変機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 達哉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 小林 孝幸 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蓄冷器を複数段備えて複数段膨張方式を採
   用する蓄冷式冷凍機において、最低温度を発生させる最
   終段冷却部はパルスチューブ冷凍機を構成しており、上
   記パルスチューブ冷凍機を構成するパルスチューブの軸
   心線と蓄冷器の軸心線とがほぼ平行で、かつこれらの軸
   心線と最終段冷却部以外の冷却部における軸心線との間
   に角度差を設けたことを特徴とする蓄冷式冷凍機。
2. 【請求項２】前記角度差が９０度あるいは１８０度であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
3. 【請求項３】前記パルスチューブ冷凍機を構成している
   蓄冷器には、極低温下での磁気異常比熱を利用した磁性
   蓄冷材が収容されていることを特徴とする請求項１に記
   載の蓄冷式冷凍機。
4. 【請求項４】少なくとも１段目の冷却部は、ギフォード
   ・マクマホン冷凍サイクル、スターリング冷凍サイク
   ル、修正型ソルベー冷凍サイクルのいずれかに構成され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍
   機。
5. 【請求項５】前記パルスチューブの低温部が重力方向下
   部に、高温部が重力方向上部に位置するように配置した
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。