CECで発表された小型冷凍技術関連の論文総数80件余りのうち半数以上がPTR関連であり、海外での研究開発の活発さにあらためて驚かされる。最近の日本国内での小型冷凍機関連、特にPTRに関連した発表件数が減りつつある状況とは全く好対照な様相である。

　最近の注目すべき話題は3つである。一つは4 KレベルのPTRの性能向上であり、二つめはスターリングタイプのPTRの大型化に向けた試み、三つめは熱駆動型の可動部皆無のPTRである。以下にそれぞれの状況を概観する。

1.4K(2ステージ)PTR

　PTRの静粛性、低ノイズ性およびメンテナンス容易性への期待から4 Kレベルのパルス管冷凍機の実用化開発が始まっているが、CECでの論文発表や企業展示によると新たに数社が2ステージPTR、4K PTRの開発を公表している。いずれもGMタイプのPTRで、米国ではCryomech社が冷凍性能で一歩先行しているが、今回APD Cryogenics社がこの5年間の開発成果を発表し、4 Kおよび10 K PTRの性能を公開した。冷凍能力は両社ともほぼ似よっており、8 kWほどの消費電力により4.2 Kで1W以上を得ている。同時に第1ステージの冷凍出力として40 K〜50 Kで20〜30Wを出力している。いずれもMRIへの適用をうたっているもので、従来より使われている4 KGM冷凍機の仕様を意識した設定値となっている。
　Cryomech社のPTRは医療用超伝導MRI装置の最大手General Electric社により、MRIの実機に装着された評価も開始され、十分な信頼性があることが強調されている。新しいところとしては、ドイツのLeybold社(ドイツ）、CSP社(ドイツ）などが2ステージPTRの論文発表、製品展示などを行った。特にCSP社はバルブユニット分離型でより低振動を実現し、4K以下でのX線検出器冷却用として商品化を進めている。
　日本における4KPTRの開発状況としてはダイキン工業、アイシン精機などが開発に取り組んでいる。アイシン精機は4.2Kで0.7W(消費電力6.5kW）を得ているが、圧力切替バルブを連結管により1.5mほどコールドヘッドから分離した構成となっている。

2.スターリングタイプPTR

　PRTのもう一つの形式がスターリングタイプであり、この形式は効率、サイズとしてのメリットが大きい。さらに圧力振動発生機構がピストンのリニア駆動方式であり、そこに非接触シールと支持機構により高い信頼性が付加され、現状では最も理想に近い小型冷凍機として最近注目され、多くのメーカの開発努力がそこに向けられている。これまでは主に超伝導エレクトロニクス素子冷却用として比較的小容量(80Kで10Wクラス)レベルに限定されていた。今回、そのリニア圧縮機構の大型化検討についてMesoscopic Devices社(米)より論文発表が行われ、大きいものとしては消費電力20kW、冷凍出力として80Kで1kW以上のものまで製作可能と発表された。CFIC社(米)はそのリニア圧縮機を専門に製作するメーカとしてユニークな支持機構による実機モデルを展示し、衆目を集めていた。また、Sunpower社(米)はスターリングタイプPTRの多段化を提案し、各段にイナータンスチューブを位相調節機構として持たせることで50〜60 Hzの駆動周波数で10 Kまでの到達が可能としている。

3.熱駆動PTR

　冷凍機への圧力振動供給源として従来は機械式の往復ピストンや回転式圧縮機を用いている。これに対して、熱駆動(自励振動）型は、気体を充填した管路の一部を加熱することにより内部の気体の振動を引き起こし、管路形状によって決まる共鳴周波数で比較的大きな圧力振動を生成できることが特徴である。この圧力振動源は機械的可動部が不要で、もともと可動部のないPTRのコールドヘッドとの組合せで、可動部の全く無い冷凍機が実用化されることへの期待が高まっている。今回のCECではこの関連の論文発表は無かったが今年4月にはオランダで熱音響自励振動冷凍機の第一回国際会議が開かれ、欧米での活動度、期待感の高さが示された。特に最近、共鳴的ではあるが循環する管路を音速で伝搬する進行波を誘起、増幅することができることが実験的にも確認され、熱駆動型の高効率、高信頼性PTR冷凍機実現の可能性が見えてきたと言えよう。

(パルスの達人）