特表 2023-520880 改良された分割パルス管接続ライン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-22

(54)【発明の名称】改良された分割パルス管接続ライン

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20230515BHJP

【ＦＩ】

F25B9/00 311

F25B9/00 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022560015

(86)(22)【出願日】2021-03-25

(85)【翻訳文提出日】2022-11-30

(86)【国際出願番号】 US2021024163

(87)【国際公開番号】W WO2021202238

(87)【国際公開日】2021-10-07

(31)【優先権主張番号】63/001,701

(32)【優先日】2020-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】501356112

【氏名又は名称】スミトモ （エスエイチアイ） クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｓｕｍｉｔｏｍｏ（ＳＨＩ）Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100067736

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100192212

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 貴明

(74)【代理人】

【識別番号】100200001

【弁理士】

【氏名又は名称】北原 明彦

(72)【発明者】

【氏名】シュー，ミンギャオ

(72)【発明者】

【氏名】レイ，ティアン

(72)【発明者】

【氏名】ロングスワース，ラルフ，シー．

(57)【要約】

振動隔離、分離距離、及び実装利便性を含む標準的なコルゲートホース接続ラインの所望の特性を維持又は改善しながら、ＧＭ型パルス管冷却装置の圧力波発生装置及びコールドヘッド間の接続ラインにおける損失を減少する。基本的手段は、波形の数を減少し、空隙容積に充填剤を追加し、振動吸収被覆を提供すると共に、コルゲートホース内の回旋の内側空隙容積を減少することである。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力波発生装置（ＰＷＧ）及びパルス管コールドヘッド間の接続ラインを含むパルス管極低温冷却装置であって、
前記接続ラインは、金属ホースが少なくとも９０度湾曲することを可能にする波形を有する前記金属ホースを含み、前記波形の外径は前記波形の内径に比べて少なくとも４０％以上大きく、前記金属ホースの内側容積は前記金属ホースのコア容積の３３％以下であることを特徴とするパルス管極低温冷却装置。

【請求項2】

前記波形の内側容積を形成する外側回旋の半径は、前記波形の外側容積を形成する内側回旋の半径より小さいことを特徴とする請求項１に記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項3】

前記金属ホースは、前記波形を有するコルゲート部分と、少なくとも１つの直線管路部分と、を含み、
前記波形の内側容積を形成する外側回旋は、前記外側回旋の内径と同じ又はより小さい内径を有する前記直線管路部分により間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項4】

外側回旋により規定される前記波形の内側容積は、少なくとも部分的にエラストマーにより充填されることを特徴とする請求項１に記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項5】

前記金属ホースの外側は、エラストマーにより被覆されることを特徴とする請求項１に記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項6】

前記金属ホースの外側は、網組カバーにより強化されることを特徴とする請求項１に記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項7】

圧力波発生装置（ＰＷＧ）及びパルス管コールドヘッド間の接続ラインを含むパルス管極低温冷却装置であって、
前記接続ラインは、湾曲可能な金属管と、前記圧力波発生装置及び前記コールドヘッド間の金属間接触を防止するエラストマーシールを有する継手と、を含むことを特徴とするパルス管極低温冷却装置。

【請求項8】

前記エラストマーシールは、前記金属管の２つの部分の継手部の間に配置されることを特徴とする請求項７に記載のパルス管極低温冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、２０２０年３月３０日に出願された米国仮特許出願６３/００１，７０１の優先権を主張するものであり、この出願は参照されることにより、本出願に援用される。

【0002】

ここに記載の実施形態は、ギフォード－マクマホン（ＧＭ）型パルス管冷却装置の弁機構を、極低温度で装置を冷却するコールドヘッドから分離する接続ラインに関連する損失を最小化することに関する。弁モータ及びコールドヘッド間の接続ラインの改良は、利用可能な冷却を増加し、振動の伝達を減少する。

【背景技術】

【0003】

現在利用されているいくつかの装置及び開発されている新しい装置は、４Ｋ以下で動作し、約１Ｗの冷却及び低レベルの振動を要求する。ＧＭ型パルス管冷却装置が使用されており、なぜなら、ＧＭ型パルス管冷却装置は、コールドヘッド内に移動する部品を備えずに建造することができるからである。ＧＭ型パルス管拡管装置は、通常ヘリウムである循環ガスにより、通常１～２Ｈｚで約２．２及び０．８ＭＰａの高圧及び低圧間でコールドヘッド内外に、極低温の冷却を生成する。単段パルス管コールドヘッドは、ウォームエンド及びコールドエンドを有する冷却装置、コールドエンドヒートステーション、ウォームエンド及びコールドエンドを有するパルス管、及びパルス管のウォームエンドに接続された圧力位相シフト機構を含む。ガスは冷却装置のウォームエンド内外を循環し、パルス管内のガスを加圧及び減圧するコールドエンドヒートステーションを通って流れる。パルス管のウォームエンド及びコールドエンド内外を流れるガスは、フロースムーザを通って流れ、その結果、ガスは層化する（混合しない）。パルス管のウォームエンド及びコールドエンドに入るガスは、パルス管内に残るガスが圧縮ピストンとして作用することを引き起こす。コールドエンド内外を循環するガスは、ソリッドピストンの端部に対して作用し、パルス管内に約１５％移動すると考えることができる。Ｐ－Ｖ図は、ソリッドピストンを有するＧＭ型又はスターリング型循環拡管装置のＰ－Ｖ図と同様である。

【0004】

ＧＭ型パルス管内の圧力循環は、ガスをコールドヘッドに循環させる弁機構に接続される高圧の供給ライン及び低圧の戻りラインを有する連続フロー圧縮機により提供される。一体型拡管装置において、弁機構及びコールドヘッドは連結されている。分割パルス管拡管装置において、可撓性であることができ可撓ラインとも呼ばれる管であることができる接続ラインにより、弁機構はコールドヘッドから分離している。約３ｍｍより小さい内径を有する小径ラインは管材料から通常形成され、大径は常コルゲートホースから通常形成される。

【0005】

ＧＭ型パルス管の圧縮機及び弁機構は、圧力波発生装置（ＰＷＧ）とも呼ばれる。この用語は、圧力波発生装置と呼ばれる往復ピストン圧縮機が接続ライン又は接続管を通してパルス管コールドヘッドに接続されているスターリング型パルス管に由来する。スターリング型パルス管は通常、高速、例えば６０Ｈｚで動作するので、コールドヘッド内のガス膨張エネルギーは圧縮機のピストンの運動エネルギーとして回収及び貯蔵される。ＧＭ型パルス管は通常、１～２Ｈｚで動作し、膨張エネルギーを回収しないが、スターリング型パルス管よりも冷却されるように設計することができる。一方、スターリング型パルス管は、より小型化することができ、より高い温度においてより高い効率を有することができる。

【0006】

例えば４Ｋの極低温及び低速で動作するＧＭ型パルス管は、パルス管内のガスの層化を維持する為にパルス管のコールドエンドに対する垂直配向に依存する。この用途の圧力波発生装置及びコールドヘッド間の接続管は通常、冷却装置の設置時には位置が固定されている。より高い速度及び温度で動作し、より小径のパルス管を有するスターリング型パルス管冷却装置は、他の配向で動作することができる。なぜなら、ガスが層化する時間が無いからである。スターリング型パルス管は、パルス管内でガスを層化する重力が無い場所で幅広く使用されている。

【0007】

多くの用途で圧力波発生装置及びパルス管コールドヘッド間に接続管を有する主な目的は、圧力波発生装置からパルス管コールドヘッドに伝達される振動を隔離することである。他の理由は、実装の制約の検討、圧力波発生装置からの電磁干渉の隔離、又は磁場からの圧力波発生装置の隔離である。コルゲートホースを使用する接続ラインは、振動を隔離すること、及びＧＭ型パルス管の弁機構の実装に柔軟性を提供すること、の両方に役立つ。

【0008】

Ｓｐｏｏｒによる米国特許第７６２８０２２号には、圧力波発生装置をコールドヘッドに接続する網組カバー（４欄、３２行）を有する可撓性コルゲートホースを使用する分割スターリング型パルス管が記載されている。米国特許第７６２８０２２号において、圧力波発生装置は「音響電源」として記載されている。接続ラインの主な目的は、圧力波発生装置をコールドヘッドから分離することであり、この特許のメインクレームは動作周波数に基づく最小長さを特定している。

【0009】

４Ｋに近い温度で動作するＧＭ型パルス管において現在使用されている位相シフト機構には２つの型がある。Ｘｕによる米国特許第９１５７６６８号には、バッファボリューム及び圧縮機戻りライン間のブリードラインが追加されている基本的なダブルインレット型パルス管が記載されている。米国特許第９１５７６６８号の図１を参照すると、基本的なダブルインレット型パルス管は、圧力波発生装置コンポーネント１２、弁Ｖ１及びＶ２、接続ライン２０、及びコールドヘッドを含む残りのコンポーネントを含む。ブリードラインを追加しない場合、圧力波発生装置及びコールドヘッドを接続する為に１つのライン２０しか必要ない。このことは、圧力波発生装置及び冷却装置２４２間の接続ラインとしてのライン２２０を示す米国特許第９１５７６６８号の図８に図示されている２段４Ｋパルス管においても同様である。Ｘｕによる米国特許第１００６６８５５号には、４弁パルス管が記載されている。この名称は、１つ又は一連の冷却装置にガスを循環する圧力波発生装置内の２つの弁及び第１段パルス管の為の２つの弁を含む位相シフト機構に由来する。米国特許第１００６６８５５号には、それぞれ追加の一対の弁を必要とする第２段及び第３段パルス管にガス流をバランスよく流入させるフロー制御機構が記載されている。米国特許第１００６６８５５号の図１を参照すると、パルス管は、圧力波発生装置コンポーネント圧縮機２１２、弁Ｖ１～Ｖ６及び接続管、接続ライン２２０、２３０、２９９、及び２段コールドヘッドを含む残りのコンポーネントを含む。圧力波発生装置及び冷却装置間の接続ライン２２０は、ガス流の９０％以上をコールドヘッドに運び、したがって、接続ライン２３０及び２９９よりもかなり大きい。３つの接続ラインを必要とする２段４弁パルス管は、ダブルインレット型パルス管に対して不利益であると思われるが、４弁パルス管はバッファボリュームを必要としない。ダブルインレット型パルス管のバッファボリュームは、比較的に大型であり、コールドヘッドとは分離して取り付ける必要があり、比較的に小型の第２の接続ラインを必要とする。

【0010】

分離した圧力波発生装置を有し、４Ｋに近い約１Ｗの冷却を提供する２段ＧＭ型パルス管の現在の用途の１つは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）法を実行する為の高磁場を生成する超電導電磁石を冷却することである。ＢｒｕｋｅｒＢｉｏＳｐｉｎＧｍｂＨに譲渡された３つの特許は、４Ｋパルス管コールドヘッドがコールドシールドを冷却し、ボイルオフヘリウムを濃縮する核磁気共鳴クライオスタットのネック管に取り付けられた４Ｋパルス管コールドヘッドを使用してこの問題を解決している。Ｗｉｋｕｓによる米国特許第９９９５５１０号には、１～２Ｈｚの接続ライン内のガスの圧力循環によるクライオスタットへの周期的な力を減少する新規の接続ラインが記載されている。米国特許第９９９５５１０号の図７には、コルゲートホースが引き延ばされるのを防止する為にコルゲートホース上に通常ＳＳ網組スリーブを有する標準的なコルゲートホースが図示されており、それにより、高周波振動を隔離すると記載されている。Ｗｉｋｕｓによる米国特許第９９８２８４０号には、コルゲートホースによりコールドヘッドから分離された圧力波発生装置を有する２段４Ｋ・ＧＭ型パルス管の振動を隔離するもう１つの特徴が記載されている。コールドヘッドは、パルス管のウォームフランジをネック官のウォームフランジに密閉する可撓性のダイアフラムを使用してクライオスタットのネック官に取り付けられる。ダイアフラムは、ネック管内のヘリウムを大気から密閉し、ヘリウムは大気より若干高い圧力を有し、それにより、ヘリウムはコールドヘッド上を「浮動」する。Ｗｉｋｕｓによる米国特許第１０４０１４４７号は、接続管からのパルス的な力がクライオスタットに力を伝達することなくコールドヘッドがネック管内で少しだけ、例えば１度、前後に揺れることを可能にする方法でネック管内のコールドヘッドを支持するピボット軸受を米国特許第９９８２８４０号のコールドヘッドに追加する。米国特許第１０４０１４４７号の図５は、コルゲートホース部分と連続する管の直線部分を有する接続ラインを図示している。

【0011】

極低温技術２０１２の前に発表されたＫ．Ｎａｋａｎｏ及びＭ．Ｙ．Ｘｕによる論文「分割弁ユニットを有する高効率４Ｋ２段パルス管クライオクーラの開発」は、異なる直径の長さ１ｍのコルゲート接続ラインの性能を比較している。一体型及び分割型ＧＭ型パルス管拡管装置の写真が示されている。分割弁ユニットは、弁ユニット及びコールドヘッド間の接続ライン内の圧力低下及び空隙容積による損失により、同じ熱負荷でより高い温度で動作する。１．７Ｈｚの圧力循環による第１段及び第２段のコールドエンドにおける変位は、分割弁ユニットのそれぞれにおいて＋/－１０．３μｍ及び＋/－１４．６μｍであると測定された。２００Ｈｚまでの周波数における一体型対分割型弁モータの振動の比較は、１．７Ｈｚではわずかな相違しか示されていなかったが、より高い周波数では分割型弁モータにおいては１０倍も減少している。

【0012】

圧力波発生装置をコールドヘッドから分離する現在のＧＭ型パルス管冷却装置は、接続ラインに網組ＳＳカバーを有する市販のＳＳコルゲートホースを使用している。このホースは、弁ユニットの実装に柔軟性を提供し、弁ユニットからコールドヘッドに伝達される振動を減少する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明の実施形態は、振動隔離、分離距離、及び実装利便性を含む現在のコルゲートホース接続ラインの所望の特性を維持又は改善しながら、ＧＭ型パルス管冷却装置の圧力波発生装置及びコールドヘッド間の接続ラインにおける損失の減少を提供する。実施形態の基本的手段は、波形の数を減少し、空隙容積に充填剤を追加し、振動吸収被覆を提供すると共に、コルゲートホース内の回旋の内側空隙容積を減少する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

これらの利点は、例えば、圧力波発生装置（ＰＷＧ）及びパルス管コールドヘッド間の接続ラインを含むパルス管極低温冷却装置により達成され、前記接続ラインは、金属ホースが少なくとも９０度湾曲することを可能にする波形を有する前記金属ホースを含み、前記波形の外径は前記波形の内径に比べて少なくとも４０％以上大きく、前記金属ホースの内側容積は前記金属ホースのコア容積の３３％以下である。実施形態において、前記波形の内側容積を形成する外側回旋は、前記波形の外側容積を形成する内側回旋よりも狭い間隔で配置されている。実施形態において、前記金属ホースは、前記波形を有するコルゲート部分と、少なくとも１つの直線管路部分と、を含む。前記金属ホースの内側容積を形成する外側回旋は、前記外側回旋の内径と同じ又はより小さい内径を有する前記直線管路部分により間隔をあけて配置されている。実施形態において、外側回旋により規定される前記波形の内側容積は、少なくとも部分的にエラストマーにより充填される。実施形態において、前記金属ホースの外側は、エラストマーにより被覆される。実施形態において、前記金属ホースの外側は、網組カバーにより強化される。

【0015】

これらの利点は、例えば、圧力波発生装置（ＰＷＧ）及びパルス管コールドヘッド間の接続ラインを含むパルス管極低温冷却装置により達成され、前記接続ラインは、湾曲可能な金属管と、前記圧力波発生装置及び前記コールドヘッド間の金属間接触を防止するエラストマーシールを有する継手と、を含む。

【0016】

実施形態は、以下の図面により図示され、同じ又は同様の符号は同じ又は同等の部品を示す。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】圧力波発生装置及びコールドヘッドとの接続ラインの関係を示すダブルインレットＧＭ型２段パルス管冷却装置の概略図である。

【図2】市販のコルゲートホースの断面図である。

【図3】本発明による可変ピッチコルゲートホースの断面図である。

【図4】コルゲートホース部分と直線管路部分を組み合わせた接続ラインの断面図である。

【図5】回旋間に直線部分を組み合わせた接続ラインの断面図である。

【図6】振動吸収被覆を有する市販のコルゲートホースの断面図である。

【図7a】波形の内側容積を充填するエラストマーを有する市販のコルゲートホースの断面図である。

【図7b】内径をライニングする管を有する波形の内側容積を充填するエラストマーを有する市販のコルゲートホースの断面図である。

【図8】金属間接触を防止するエラストマーシールによりコールドヘッドから圧力波発生装置の高周波振動を隔離する継手の断面図である。

【図9】接続ラインの２つの部分間に、コールドヘッドから圧力波発生装置の高周波振動を隔離するエラストマー接合剤を有する接続ラインの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

ここでは、本発明のいくつかの実施形態が、本発明の好ましい実施形態が図示されている添付の図面を参照にして、より完全に記載される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、ここに記載の実施形態に限定されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全なものとなり、当業者に本発明の範囲を伝達する為に提供されているものである。全体を通して、同様の符号は同様の要素を示し、代替実施形態における同様の要素はプライム記号を使用して示されている。

【0019】

図１は、圧力波発生装置４０及びコールドヘッド２０との接続ライン１の関係を示すダブルインレットＧＭ型２段パルス管冷却装置５００の概略図である。圧力波発生装置４０は、圧縮機４１、高圧供給ライン４２、高圧弁４３、低圧弁４４、及び低圧戻りライン４５から構成される。弁４３及び４４は通常、弁モータにより駆動される回転弁アセンブリ内のポートとして導入される。弁モータは、接続ライン１を通してコールドヘッドに伝達される高周波振動の主要な発生源である。供給ライン４２及び戻りライン４５は通常、圧縮機４１を弁モータアセンブリから分離することを可能にする可撓性のホースである。パルス管コールドヘッド２０は、冷却される装置を収容するクライオスタット５０の上部に取り付けられる。クライオスタット５０は、冷却装置の熱負荷を最小化する為に必要な断熱性を提供する。周囲温度のコールドヘッド２０のコンポーネントは以下の、接続ライン１を第１段冷却装置２１（Ｒ１）のウォームエンド、開口部２４、及び開口部３１に接続するライン１９と、開口部２４を第１段パルス管２３（ＰＴ１）のウォームエンド、及び開口部２６を通して第１段バッファボリューム２７（Ｂ１）に接続するライン２５と、開口部３１を第２段パルス管３０（ＰＴ２）のウォームエンド、及び開口部３６を通して第２段バッファボリューム３４（Ｂ２）に接続するライン３２と、である。コールドヘッドのコンポーネントは、温度Ｔ１の第１段ヒートステーション２２、第２段冷却装置２８（Ｒ２）、及び温度Ｔ２の第２段ヒートステーション２９を含む。

【0020】

Ｋ．Ｎａｋａｎｏ及びＭ．Ｙ．Ｘｕによる上述の論文には、長さ１ｍの接続ラインを有する２段ＧＭ型パルス管が記載されている。この論文に記載のパルス管冷却装置は、この発明に含まれる新規の接続ラインの改良の使用の見本である。パルス管冷却装置は、５０Ｈｚで６．４ｋＷを引き出し、１．６５ＭＰａでヘリウムを充填し、１．７Ｈｚでコールドヘッドにガスを循環する圧縮機を含有する。接続ラインは、標準的な網組コルゲートホースであり、冷却装置へのホースは９．５ｍｍの内径を有し、第１段パルス管へのホースは４．０ｍｍの内径を有する。第１段温度Ｔ１は、４０Ｗの熱負荷で４５．４Ｋであると測定され、第２段温度Ｔ２は、１．０Ｗの熱負荷で４．０５Ｋであると測定された。コールドヘッドと一体化された弁機構において、同条件での温度はそれぞれ３７．０Ｋ及び３．８６Ｋである。本発明による接続ラインを使用する応用は、約１～１５ｋＷを引き出し、約３～８０Ｋの温度で動作する圧縮機を使用する。接続ラインは、約１ｍよりも短い長さを有し、３～１５ｍｍの内径を有し、通常、９０度までの湾曲性を有する。上述の振動測定は、接続ラインのコネクタ１０と反対側のコールドヘッド上のセンサ５１（ＶＳ）により実行される。

【0021】

図２は、現在接続ラインとして使用されている市販のコルゲートホース１００の断面図である。この型のホースの製造業者の１つであるＨｏｓｅＭａｓｔｅｒは、ホースの製造工程を以下の通りに記載している。通常ステンレス鋼ＳＳである金属帯を管に形成し、管をシーム溶接し、その後、ホースの回旋を機械的に形成する。ＨｏｓｅＭａｓｔｅｒはまた、ステンレス鋼の長帯を単一の回旋に形成し、らせん状に巻き付け、端部をシーム溶接することにより、コルゲートホースを製造する。標準的なコルゲートホース２は、加圧時に細壁の管が引き延ばされることを防止するＳＳ網組カバー３を有する。網組カバー無しでは、ホースは０．１～０．３ＭＰａの範囲の典型的な圧力限界を有するが、１層の網組カバーを有すると、ホースは通常５～１０ＭＰａの範囲の圧力限界を有する。ホースは、内径（ＩＤ）の１．４倍の外径（ＯＤ）を有する。外側回旋４ａは、ライン内の圧力が高圧及び低圧間で循環する時、空隙容積を表す内側容積４ｂを部分的に包囲する。この空隙容積は、内側容積４ｂを加圧及び減圧する量により、コールドヘッドに達するガスの量を減少する。標準的なホースは、約５０％の余剰容積比（回旋内の容積／コア容積の割合）を有し、コア容積は、内径内の容積ｘ接続ラインの長さである。即ち、この標準的なホースにおいて、空隙容積はコア容積の約５０％である。内側回旋５ａは、外側回旋容積５ｂを包囲する。回旋は、同じ内径の滑らかな壁の管に比べて、ガスがホースを通って流れる時の圧力低下を増大させる一連の円形開口部として作用する。

【0022】

図３は、本発明による可変ピッチコルゲートホース２００の断面図であり、内側回旋５ａ間の距離は、標準的なホースのように同じに維持されるが、外側回旋４ａの半径は、内側回旋５ａの半径よりも小さい。内側回旋５ａの半径が外側回旋４ａの半径の６倍である場合、内側容積４ｂは、コア容積の約２７％であり、内側回旋５ａのより大きな半径により圧力低下はわずかに減少する。内側回旋５ａの半径が外側回旋４ａの半径の３倍である場合、内側容積４ｂは、コア容積の約３３％である。開示の発明のコルゲートホースの余剰容積比は３３％以下である。代替的に、開示の発明のコルゲートホースの余剰容積比は２７％以下である。

【0023】

図４は、コルゲートホース部分６と直線管路部分７を組み合わせた「直線／コルゲート部分ホース」３００として特定される接続ラインの断面図である。Ｋ．Ｎａｋａｎｏ及びＭ．Ｙ．Ｘｕによる上述の論文は、９０度湾曲時のホースの内径の２．５倍の長さを有するコルゲートホースを使用する。９．５ｍｍの内径の管が使用された場合、湾曲時に３ｃｍよりも短い長さを有し、この長さは全長の３％である。複数のコルゲートホース部分６が直線管路部分７により間隔をあけて配置されているホースは、標準的なコルゲートホース２に比べてより少ない内側容積及びより低い圧力低下を有する。しかしながら、直線管路７により間隔をあけて配置されているコルゲートホース６は、より多くの振動を伝達する。コルゲートホースの内径は、同等の圧力低下の為に湾曲可能な管路の内径よりも大きい。この内径の増加は、接続ライン１の空隙容積を追加する。直線部分７の内径は、コルゲート部分６の内径よりも小さい。

【0024】

図５に図示されている構成は、「直線／コルゲートホース」４００として特定され、回旋４ａ間に直線部分７を組み合わせた接続ラインの断面を示している。ホース３００と同様に、直線管路７により間隔をあけて配置されている波形６は、標準的なコルゲートホース２に比べてより少ない内側容積及びより低い圧力低下を有するが、より多くの振動を伝達する。

【0025】

図６は、振動吸収被覆８を有する市販の標準的なコルゲートホース２の断面図である。そのような被覆は、圧力波発生装置からコールドヘッドに伝達される振動を減少する為に、任意の接続ライン構成に適用することができる。

【0026】

図７ａは、波形の内側容積を充填するエラストマー９を有する標準的なコルゲートホース２の断面図である。そのような充填は、外側回旋を部分的にしか充填しないが、空隙容積を減少する。エラストマー９が外側回旋９を完全に充填して滑らかな穴を提供する場合、接続ラインの空隙容積による冷却の損失をなくし、圧力低下による損失は減少する。エラストマーは振動も吸収する。図７ｂでは、内径にライナー管１９を追加している。この場合、コア容積は管の内径に基づいている。どちらの設計においても、コア容積に対する内側容積の比は１であることができる。

【0027】

図８には、ネジ付きリップを有する接続管１４及び継手カラー１２を保持するリップを有する接続管１３間の金属間接触を防止するエラストマーシール１１によりコールドヘッドから圧力波発生装置の高周波振動を隔離する振動隔離継手１０ａが図示されている。

【0028】

図９は、接続ラインの２つの部分１６、１７間に、コールドヘッドから圧力波発生装置の高周波振動を隔離するエラストマー接合剤１５を有する接続ラインの断面図である。接続ライン１は、湾曲可能な銅又はステンレス鋼管路から成ることができ、高周波振動を隔離し、圧力循環による接続ラインの拡張及び収縮に関連する低周波振動を減少する、そのようなエラストマー接合継手を含有する。

【0029】

ここで使用されている用語及び記載は、単に説明の為に示されており、限定を意味するものではない。ここに記載の実施形態及び本発明の主旨及び範囲内で様々な変形が可能であると当業者は認識するものである。

【符号の説明】

【0030】

１ 接続ライン
２ コルゲートホース
３ 網組カバー
４ａ 外側回旋
４ｂ 内側容積
５ａ 内側回旋
５ｂ 外側容積
６ コルゲートホース部分
７ 直線管路部分
８ 振動吸収被覆
９ エラストマー
１０ コネクタ
１０ａ 振動隔離継手
１１ エラストマーシール
１２ 継手カラー
１３ 接続管
１４ 接続管
１５ エラストマー接合剤
１６ 接続ラインの部分
１７ 接続ラインの部分
１９ ライン、ライナー管
２０ コールドヘッド
２１（Ｒ１） 第１段冷却装置
２２（Ｔ１） 第１段ヒートステーション
２３（ＰＴ１） 第１段パルス管
２４ 開口部
２５ ライン
２６ 開口部
２７（Ｂ１） 第１段バッファボリューム
２８（Ｒ２） 第２段冷却装置
２９（Ｔ２） 第２段ヒートステーション
３０（ＰＴ２） 第２段パルス管
３１ 開口部
３２ ライン
３３ ライン
３４（Ｂ２） 第２段バッファボリューム
４０ 圧力波発生装置
４１ 圧縮機
４２ 高圧供給ライン
４３ 高圧弁
４４ 低圧弁
４５ 低圧戻りライン
５０ クライオスタット
５１ センサ
１００ コルゲートホース
２００ 可変ピッチコルゲートホース
３００ 直線／コルゲート部分ホース
４００ 直線／コルゲートホース
５００ ダブルインレットＧＭ型２段パルス管冷却装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力波発生装置（ＰＷＧ）及びパルス管コールドヘッド間の接続ラインを含むパルス管極低温冷却装置であって、
前記接続ラインは、金属ホースが少なくとも９０度湾曲することを可能にする波形を有する前記金属ホースを含み、前記波形の外径は前記波形の内径に比べて少なくとも４０％以上大きく、前記金属ホースの内側容積は前記金属ホースのコア容積の３３％以下であることを特徴とするパルス管極低温冷却装置。

【請求項2】

前記波形の内側容積を形成する外側回旋の半径は、前記波形の外側容積を形成する内側回旋の半径より小さいことを特徴とする請求項１に記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項3】

前記金属ホースは、前記波形を有するコルゲート部分と、少なくとも１つの直線管路部分と、を含み、
前記波形の内側容積を形成する外側回旋は、前記外側回旋の内径と同じ又はより小さい内径を有する前記直線管路部分により間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項4】

外側回旋により規定される前記波形の内側容積は、少なくとも部分的にエラストマーにより充填されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項5】

前記金属ホースの外側は、エラストマーにより被覆されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項6】

前記金属ホースの外側は、網組カバーにより強化されることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のパルス管極低温冷却装置。

【請求項7】

圧力波発生装置（ＰＷＧ）及びパルス管コールドヘッド間の接続ラインを含むパルス管極低温冷却装置であって、
前記接続ラインは、湾曲可能な金属管と、前記圧力波発生装置及び前記コールドヘッド間の金属間接触を防止するエラストマーシールを有する継手と、を含むことを特徴とするパルス管極低温冷却装置。

【請求項8】

前記エラストマーシールは、前記金属管の２つの部分の継手部の間に配置されることを特徴とする請求項７に記載のパルス管極低温冷却装置。

【国際調査報告】