CN104764236A - 脉冲管制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高制冷能力的脉冲管制冷机。脉冲管制冷机中，第1脉冲管(250)具有低温端(254)及与压缩机(212)连接的高温端(252)。第1蓄冷管(240)具有与第1脉冲管(250)的低温端(254)连接的低温端(244)及与压缩机(212)连接的高温端(242)。第2脉冲管(290)具有与压缩机(212)连接的高温端(292)及比第1脉冲管(250)的低温端(254)更低温的低温端(294)。第2蓄冷管(280)具有高温端(244)及连接于第2脉冲管的低温端的低温端(284)，并与第2脉冲管并排配置。第2脉冲管在比与第2蓄冷管的高温端(244)相对应的位置更靠低温端侧具备狭窄部。

Description

脉冲管制冷机

本申请主张基于2014年1月6日申请的日本专利申请第2014-000398号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种脉冲管制冷机，尤其涉及一种多级式多路阀型脉冲管制冷机。

背景技术

作为产生超低温的制冷机之一，已知有脉冲管制冷机。脉冲管制冷机中，通过反复进行被压缩机压缩的工作流体即制冷剂气体(例如氦气)流入蓄冷管及脉冲管的动作及工作流体从脉冲管及蓄冷管流出而回收至压缩机的动作，在蓄冷管及脉冲管的低温端形成寒冷。并且，通过在这些低温端热接触冷却对象，能够从冷却对象夺去热。尤其，多级式多路阀型脉冲管制冷机具有制冷效率较高的特征，期待在各种领域中使用。

专利文献1：日本特开2011-094835号公报

压缩机压缩低压(例如0.8MPa)的氦气，从而生成高压(例如2.2MPa)的氦气。在超低温附近，高压氦气的密度与低压氦气的密度的密度差的温度依赖性变大，尤其当温度为10K左右时，其密度差变得最大。因此，将氦气用作脉冲管制冷机的制冷剂气体时，脉冲管制冷机中的制冷剂气体的压力差变小，并且很难调整氦气的流速与压力变动的相位差，因此有可能成为脉冲管制冷机的制冷能力下降的主要原因。

发明内容

本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于提供一种提高脉冲管制冷机的制冷能力的技术。

为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的脉冲管制冷机具备：压缩机，压缩制冷剂气体；第1脉冲管，具有低温端及与压缩机连接的高温端；第1蓄冷管，具有与第1脉冲管的低温端连接的低温端及与压缩机连接的高温端；第2脉冲管，具有与压缩机连接的高温端及比第1脉冲管的低温端更低温的低温端；第2蓄冷管，具有高温端及与第2脉冲管的低温端连接的低温端，并与第2脉冲管并排配置。第2脉冲管在比与第2蓄冷管的高温端相对应的位置更靠低温端侧具备狭窄部。

本发明的另一种实施方式也是一种脉冲管制冷机。该脉冲管制冷机具备：压缩机，压缩制冷剂气体；第1脉冲管，具有低温端及与压缩机连接的高温端；第1蓄冷管，具有与第1脉冲管的低温端连接的低温端及与压缩机连接的高温端；第2脉冲管，具有与压缩机连接的高温端及比第1脉冲管的低温端更低温的低温端；第2蓄冷管，具有高温端及与第2脉冲管的低温端连接的低温端，并与第2脉冲管并排配置。第2脉冲管在流过第2脉冲管的制冷剂气体的温度为8K至30K的区域具备狭窄部。

根据本发明，能够提供一种提高脉冲管制冷机的制冷能力的技术。

附图说明

图1是示意地表示4路阀型脉冲管制冷机的一例的概要的图。

图2是按照时间顺序表示图1所示的4路阀型脉冲管制冷机工作时的6个阀的开闭状态的图。

图3是表示2.2MPa的氦气与0.8MPa的氦气各自的密度随温度的变化及两者的密度差随温度的变化的图。

图4(a)和图4(b)是示意地表示实施方式所涉及的第2脉冲管的结构的图。

图5是示意地表示本发明的变形例所涉及的4路阀型脉冲管制冷机的一例的概要的图。

图6是按照时间顺序表示图5所示的4路阀型脉冲管制冷机工作时的8个阀的开闭状态的图。

图中：H1-第1制冷剂供给路，L1-第1制冷剂回收路，V1-第1开闭阀，H2-第2制冷剂供给路，L2-第2制冷剂回收路，V2-第2开闭阀，H3-第3制冷剂供给路，L3-第3制冷剂回收路，V3-第3开闭阀，H4-第4制冷剂供给路，L4-第4制冷剂回收路，V4-第4开闭阀，V5-第5开闭阀，V6-第6开闭阀，V7-第7开闭阀，V8-第8开闭阀，200、201-脉冲管制冷机，212-压缩机，215A-第1高压配管，215B-第1低压配管，220-共通配管，225A-第2高压配管，225B-第2低压配管，230-共通配管，235A-第3高压配管，235B-第3低压配管，240-第1蓄冷管，245A-第4高压侧配管，245B-第4低压侧配管，250-第1脉冲管，251-第1储罐，254-低温端，256-第1配管，260-第1流路阻力，261-第2流路阻力，280-第2蓄冷管，281-第1蓄冷材料，283-第2蓄冷材料，286-第2配管，290-第2脉冲管，291-第2储罐，293-狭窄部，299-共通配管，416-第3配管，420-第3脉冲管，440-第3蓄冷管，450-流路阻力，455-共通配管，493-狭窄部。

具体实施方式

根据附图对本发明的实施方式进行说明。

在说明本发明的实施方式所涉及的脉冲管制冷机之前，首先说明通常的4路阀型脉冲管制冷机。图1是示意地表示通常的4路阀型脉冲管制冷机200的一例的概要的图。该脉冲管制冷机200为2级式结构。

如图1所示，脉冲管制冷机200具备：压缩机212、第1蓄冷管240及第2蓄冷管280、第1脉冲管250及第2脉冲管290、第1配管256及第2配管286，由节流孔等构成的第1流路阻力260、第2流路阻力261以及开闭阀V1～V6等。

第1蓄冷管240具有高温端242及低温端244，第2蓄冷管280具有高温端244(相当于第1蓄冷管240的低温端244)及低温端284。第1脉冲管250具有高温端252及低温端254，第2脉冲管290具有高温端292及低温端294。第1脉冲管250及第2脉冲管290各自的高温端252、292及低温端254、294上设置有热交换器。由于第1蓄冷管240的低温端244与第2蓄冷管280的高温端244共通，因此第1蓄冷管240及第2蓄冷管280配置成长边方向的轴共通。并且，第1蓄冷管240及第1脉冲管250以其长边方向的轴对齐的方式并排配置。第2蓄冷管280及第2脉冲管290以其长边方向的轴的轴向平行的方式并排配置。

第1蓄冷管240的低温端244经由第1配管256与第1脉冲管250的低温端254连接。并且，第2蓄冷管280的低温端284经由第2配管286与第2脉冲管290的低温端294连接。因此，第1蓄冷管240的低温端244中的制冷剂气体的温度与第1脉冲管250的低温端254中的制冷剂气体的温度成为大致相同的温度。并且，第2蓄冷管280的低温端284中的制冷剂气体的温度与第2脉冲管290的低温端294的温度也成为大致相同的温度。

第1蓄冷管240的低温端244与第2蓄冷管280的高温端244共通，因此第2蓄冷管280的低温端284成为比第1蓄冷管240的低温端244更低温。因此，第2脉冲管290的低温端294成为比第1脉冲管250的低温端254更低温。

压缩机212的高压侧(吐出侧)的制冷剂用流路在图1中的A点向3个方向分支，构成第1制冷剂供给路H1、第2制冷剂供给路H2及第3制冷剂供给路H3。第1制冷剂供给路H1由压缩机212的高压侧～设置有第1开闭阀V1的第1高压配管215A～共通配管220～第1蓄冷管240构成。第2制冷剂供给路H2由压缩机212的高压侧～连接有第3开闭阀V3的第2高压配管225A～设置有第1流路阻力260的共通配管230～第1脉冲管250构成。第3制冷剂供给路H3由压缩机212的高压侧～连接有第5开闭阀V5的第3高压配管235A～设置有第2流路阻力261的共通配管299～第2脉冲管290构成。

另一方面，压缩机212的低压侧(吸入侧)的制冷剂用流路向第1制冷剂回收路L1、第2制冷剂回收路L2及第3制冷剂回收路L3的3个方向分支。第1制冷剂回收路L1由第1蓄冷管240～共通配管220～设置有第2开闭阀V2的第1低压配管215B～B点～压缩机212的路径构成。第2制冷剂回收路L2由第1脉冲管250～设置有第1流路阻力260的共通配管230～设置有第4开闭阀V4的第2低压配管225B～B点～压缩机212的路径构成。第3制冷剂回收路L3由第2脉冲管290～设置有第2流路阻力261的共通配管299～设置有第6开闭阀V6的第3低压配管235B～B点～压缩机212的路径构成。

接着，对脉冲管制冷机200的动作进行说明。

图2是按照时间顺序表示图1所示的4路阀型脉冲管制冷机200工作时的6个开闭阀V1～V6的开闭状态的图。以下，还将图2所示的图称为“时序图”。

如图2所示，脉冲管制冷机200工作时，6个开闭阀V1～V6的开闭状态如下发生周期性变化。

(第1过程：时间0～t1)

首先，在时间t＝0，仅打开第5开闭阀V5。由此，从压缩机212经由第3制冷剂供给路H3，即经由第3高压配管235A～共通配管299～高温端292的路径，向第2脉冲管290供给高压制冷剂气体。之后，在时间t＝t1，在保持第5开闭阀V5的打开状态的情况下，打开第3开闭阀V3。由此，从压缩机212经由第2制冷剂供给路H2，即经由第2高压配管225A～共通配管230～高温端252的路径，向第1脉冲管250供给高压制冷剂气体。

(第2过程：时间t2～t3)

接着，在时间t＝t2，在开闭阀V5、V3打开的状态下，使第1开闭阀V1打开。由此，高压制冷剂气体从压缩机212经由第1制冷剂供给路H1，即经由第1高压配管215A～共通配管220～高温端242的路径，导入至第1蓄冷管240及第2蓄冷管280。一部分制冷剂气体经由第1配管256，从低温端254侧流入第1脉冲管250。并且，另一部分制冷剂气体通过第2蓄冷管280并经由第2配管286，从低温端294侧流入第2脉冲管290。

(第3过程：时间t3～t4)

接着，在时间t＝t3，在保持第1开闭阀V1的打开状态的情况下，关闭第3开闭阀V3，之后，在时间t＝t4，关闭第5开闭阀V5。来自压缩机212的制冷剂气体仅经由第1制冷剂供给路H1流入第1蓄冷管240。之后，制冷剂气体分别从低温端254及低温端294侧流入第1脉冲管250及第2脉冲管290内。

(第4过程：时间t4～t5)

在时间t＝t5，所有开闭阀V1～V6关闭。由于第1脉冲管250及第2脉冲管290的压力上升，第1脉冲管250及第2脉冲管290内的制冷剂气体分别向设置于两个脉冲管的高温端252、292侧的第1储罐251及第2储罐291移动。

(第5过程：时间t5～t7)

之后，在时间t＝t5，打开第6开闭阀V6，第2脉冲管290内的制冷剂气体通过第3制冷剂回收路L3返回压缩机212。之后，在时间t＝t6，打开第4开闭阀V4，第1脉冲管250内的制冷剂气体通过第2制冷剂回收路L2返回压缩机212。由此，第1脉冲管250及第2脉冲管290的压力下降。

(第6过程：时间t7～t8)

接着，在时间t＝t7，在保持开闭阀V6、V4的打开状态的情况下，打开第2开闭阀V2。由此，第1脉冲管250及第2脉冲管290、以及第2蓄冷管280内的大部分制冷剂气体通过第1蓄冷管240，并经由第1制冷剂回收路L1返回压缩机212。

(第7过程：时间t8～t10)

接着，在时间t＝t8，在第2开闭阀V2打开的状态下，关闭第4开闭阀V4，之后，在时间t＝t9，关闭第6开闭阀V6。之后，在时间t＝t10，关闭第2开闭阀V2，从而完成1个循环。

将以上的循环作为1个循环并反复进行循环，由此能够在第1脉冲管250的低温端254及第2脉冲管290的低温端294产生寒冷，从而对冷却对象进行冷却。

如上所述，脉冲管制冷机200中，通过反复进行氦等制冷剂气体被高压压缩而变成低压时膨胀的动作，由此产生寒冷。其中，压缩机212供给的高压的制冷剂气体的压力约为2.2MPa，低压时的制冷剂气体的压力约为0.8MPa。

图3是表示2.2MPa的氦气与0.8MPa的氦气各自的密度随温度的变化及两者的密度差随温度的变化的图。如图3所示，2.2MPa的氮气与0.8MPa的氦气的密度差在温度约为8K时变得最大。当氦气的温度低于8K时，2.2MPa的氦气与0.8MPa的氦气的密度差随着温度单调递增，当氦气的温度高于8K时，密度差随着温度单调递减。

脉冲管制冷机200中，第2脉冲管290的低温端294中的制冷剂气体的温度约为4K。第2脉冲管290中的制冷剂气体在高温端292中成为室温左右的温度。因此，第2脉冲管290中的制冷剂气体从低温端294朝向高温端292存在从4K至300K左右的温度梯度。

其中，第2脉冲管290中，通过适当控制上述开闭阀V1～V6的开闭状态，产生气体活塞。第2脉冲管290通过气体活塞，分为位于气体活塞的低温侧的低温区域、位于气体活塞的高温侧的高温区域、气体活塞所存在的气体活塞区域的3个区域。安装于第2脉冲管290的低温端的冷却台(未图示)主要通过存在于低温区域的制冷剂气体膨胀而冷却。

流入第2脉冲管290的低温端294的氦气中，一部分氦气留在低温区域而有助于制冷。剩余的氦气从低温区域流入气体活塞区域，维持气体活塞。因此，通过减少从低温区域流入气体活塞区域的气体量，能够提高制冷机的制冷能力。

将存在于低温区域的氦气的质量设为M_e。并且，将每单位时间内从低温端流入低温区域的氦气的质量设为m_in，将每单位时间内从低温区域向气体活塞区域流出的氦气的质量设为m_out。若氦气流入低温区域，则存在于低温区域的氦气的质量M_e增加。另一方面，若氦气从低温区域流出，则存在于低温区域的氦气的质量M_e减少。因此，存在于低温区域的氦气的质量M_e的每单位时间的变化量dM_e/dt以流入质量m_in与流出质量m_out之差来表示。由此得到以下的关系式(1)。

m_in＝m_out+dM_e/dt   (1)

其中，dM_e/dt表示存在于低温区域的氦气的质量M_e基于时间t的微分。

同样，将存在于气体活塞区域的氦气的质量设为M_p。并且，将每单位时间内从气体活塞区域流入高温区域的氦气的质量设为m_h，则以如下公式(2)表示。

m_out＝m_h+dM_p/dt   (2)

若将公式(2)代入到公式(1)，则得到以下公式(3)。

m_in＝m_h+dM_p/dt+dM_e/dt   (3)

第2脉冲管290的低温区域中的容积变化可以忽略。因此，将第2脉冲管290的低温区域中的容积视为恒定，并将其值设为V_e。并且，若将低温区域中的氦气的平均密度设为ρ_e，则存在于低温区域的制冷剂气体的质量M_e以如下公式(4)表示。

M_e＝V_eρ_e   (4)

同样，第2脉冲管290的气体活塞区域中的容积的变化是可忽视的程度。因此，将第2脉冲管290的气体活塞区域中的容积视为恒定，并将其值设为V_p。并且，若将气体活塞区域中的氦气的平均密度设为ρ_p，则存在于气体活塞区域中的制冷剂气体的质量M_p以如下公式(5)表示。

M_p＝V_pρ_p   (5)

若将公式(4)及公式(5)代入到公式(3)，则得到以下公式(6)。

m_in＝m_h+V_pdρ_p/dt+V_edρ_e/dt   (6)

其中，dρ_p/dt表示气体活塞区域中的氦气的密度ρ_p的时间微分。并且，dρ_e/dt表示低温区域中的氦气的密度ρ_e的时间微分。

公式(6)中，假设低温区域及气体活塞区域中的氦气的密度不会随着时间而变化，则m_in＝m_h，存在于低温区域及气体活塞区域中的氦气的质量不会发生变化。即，表示氦气从气体活塞区域流出与流入低温区域的量相应的量。在实际的冷却循环中，在第2过程及第3过程中，向第2脉冲管290供给高压氦气。其结果，填充于低温区域的低压氦气被升压，成为高压氦气。

如图3所示，高压氦气与低压氦气存在密度差。因此，若高压氦气流入低温区域，低温区域中的低压氦气被升压而成为高压氦气，则公式(6)中的右边第2项及第3项变成正值。更具体而言，公式(6)中的右边成为图3中以实线表示的密度差。由此，得到以下的不等式(7)。

m_in-m_h＝V_pdρ_p/dt+V_edρ_e/dt＞0   (7)

上述不等式(7)表示从气体活塞区域流出的氦气的质量小于流入低温区域的氦气的质量。这表示低温区域与气体活塞区域起到所谓的氦气的缓冲作用。其结果，脉冲管制冷机200整体的压力差也变小。

若在第5过程中打开第6开闭阀V6，则第2脉冲管290内的高压氦气变成低压氦气。此时，公式(6)中的右边成为将图3中以实线表示的密度差作为绝对值的负值。因此，得到以下的不等式(8)。

m_in-m_out＝V_pdρ_p/dt+V_edρ_e/dt＜0   (8)

这表示从气体活塞区域流出的氦气的质量大于流入低温区域的氦气的质量。从压缩机212的低压侧(吸入侧)的制冷剂用流路流出更多的氦气，因此抑制压力下降，其结果，脉冲管制冷机200整体的压力差变小。

如图1所示，作为制冷剂气体的相位调整机构的第2流路阻力261设置于第2脉冲管290的高温端292侧。因此，若将氦气用作制冷剂气体，则很难进行第2脉冲管290的低温端294侧的制冷剂气体的流速及压力变动的相位调整。制冷剂气体的温度成为8K至30K的区域中，高压制冷剂气体与低压制冷剂气体的密度差变大，其结果，流入第2脉冲管290的制冷剂气体的流量及输入工作变大。

公式(6)中，若能够减小右边第2项(V_pdρ_p/dt)，并与其相应地加大右边第3项(V_edρ_e/dt)，则无需改变m_in及m_h就能够增加有助于制冷的低温区域的氦气的质量。其结果，能够提高制冷机的制冷性能。并且，能够减少高压制冷剂气体与低压制冷剂气体的密度差变大的气体活塞区域的氦气。

实施方式所涉及的脉冲管制冷机的基本结构也与上述的通常的脉冲管制冷机200相同。因此，为了方便起见，将实施方式所涉及的脉冲管制冷机也称作“脉冲管制冷机200”。然而，实施方式所涉及的脉冲管制冷机200中，为了减小上述公式(6)中的右边第2项(V_pdρ_p/dt)，并与其相应地加大右边第3项(V_edρ_e/dt)，具有温度最低的低温端的脉冲管(图1所示的例子中为第2脉冲管290)的结构与上述的通常的脉冲管制冷机200不同。以下，对实施方式所涉及的脉冲管进行说明。

图4(a)和图4(b)是示意地表示实施方式所涉及的第2脉冲管290的结构的图。如图4(a)和图4(b)所示，实施方式所涉及的第2脉冲管290具备一部分的制冷剂气体流路面积变得小于其他部分的制冷剂气体流路面积的狭窄部293。

图4(a)中，第2脉冲管290的一部分缩小而构成狭窄部293。虽不限定，但是狭窄部293中的制冷剂气体的流路面积为其他部分的流路面积的30％～70％左右，更具体而言为60％左右。狭窄部293在第2脉冲管290中设置于制冷剂气体的温度约为8K至30K的区域，相当于上述气体活塞区域。由此，将氦气用作制冷剂气体时，2.2MPa的氦气与0.8MPa的氦气的密度差变大的部分的第2脉冲管290的流路面积变小。即，第2脉冲管290中流过温度约为8K至30K的区域的制冷剂气体的流量减少，因此抑制脉冲管制冷机200中的制冷剂气体的压力差的降低，并且制冷剂气体的压力变动的相位调整变得适当。因此，能够提高脉冲管制冷机200整体的制冷能力及制冷效率。

在此，将狭窄部293的体积设为V_c，将狭窄部293中的氦气的质量设为M_c。狭窄部293相当于上述的气体活塞区域，因此狭窄部293的体积V_c小于公式(6)中的气体活塞区域的体积V_p。另一方面，狭窄部293中的氦气的温度分布与上述的气体活塞区域中的氦气的温度分布相同。因此，狭窄部293中的氦气的平均密度为_ρp。由此，得到以下的关系式(9)。

M_c＝V_cρ_p＜M_p   (9)

根据公式(9)，得到以下公式(10)。

|dM_c/dt|＜|dM_p/dt|   (10)

公式(10)表示狭窄部293中的氦气的质量变化的绝对值小于设置狭窄部293之前的气体活塞区域中的氦气的质量变化的绝对值。通过使对氦气的缓冲具有较大帮助的气体活塞区域变窄，能够降低缓冲作用。并且，通过减小|dM_p/dt|，能够与此相应地加大公式(6)的右边第3项(V_edρ_e/dt＝dM_e/dt)，因此能够增加有助于制冷的低温区域的氦气的质量。其结果，能够提高制冷机的制冷能力。

如图4(a)所示，当使用2级式脉冲管制冷机时，高温侧的第1蓄冷管240与低温侧的第2蓄冷管280以共有中心轴的方式配置。第2脉冲管290相对于第1蓄冷管240及第2蓄冷管280并排配置成大致平行。并且，连结第2脉冲管290的低温端294与第2蓄冷管280的低温端284的直线实质上与第2脉冲管290的中心轴及第2蓄冷管280的中心轴正交。即，当设置成第2脉冲管290、第1蓄冷管240及第2蓄冷管280的长边方向成为铅垂方向时，第2脉冲管290的低温端294与第2蓄冷管280的低温端284的高度实质相同。

为了便于说明，如图4(a)所示，将第2脉冲管290的低温端294作为原点，从第2脉冲管290的低温端294朝向高温端292沿第2脉冲管290的长边方向设定x坐标轴。由于第1蓄冷管240及第2蓄冷管280并排配置，因此第2脉冲管290的x坐标能够与第1蓄冷管240及第2蓄冷管280中的x坐标建立对应关系。因此，以下本说明书中，例如，与第2蓄冷管280相对应的第2脉冲管290的位置表示与第2蓄冷管280的x坐标成为相同坐标的第2脉冲管290的位置。与第2蓄冷管的低温端284相对应的第2脉冲管290的位置为第2脉冲管290的低温端294。

其中，第1蓄冷管240的高温端242中的制冷剂气体的温度为室温左右，第1蓄冷管240的低温端244中的制冷剂气体的温度约为50K。第2蓄冷管280的高温端244中的制冷剂气体的温度也约为50K，第2蓄冷管280的低温端284中的制冷剂气体的温度约为4K。第2蓄冷管的低温端294中的制冷剂气体的温度也约为4K，高温端292中的制冷剂气体的温度约为室温。第1蓄冷管240或第2蓄冷管280的规定位置中的制冷剂气体的温度与第2脉冲管290的与之相对应的位置中的制冷剂气体的温度大致相同。因此，第2脉冲管290的与第2蓄冷管280的高温端244相对应的位置中的制冷剂气体的温度约为50K。

如图3所示，2.2MPa的氦气与0.8MPa的氦气的密度差在温度为50K以下时，温度越低密度差越大，直至温度达到8K。因此，第2脉冲管290中的狭窄部293设置于比与第2蓄冷管280的高温端244相对应的位置更靠低温端294侧。

实施方式所涉及的第1蓄冷管240及第2蓄冷管280分别具备蓄冷材料。第2蓄冷管280具备配置于高温侧的第1蓄冷材料281及配置于低温侧的第2蓄冷材料283的2种蓄冷材料，第1蓄冷材料281与第2蓄冷材料相邻。第2脉冲管290的狭窄部293优选设置于比与第2蓄冷管280的第1蓄冷材料281与第2蓄冷材料283的交界相对应的位置更靠高温端292侧。而且，还优选狭窄部293的低温侧的制冷剂气体的温度约为8K。由此，在第2脉冲管290中，狭窄部293设置于制冷剂气体的温度约为8K至30K的区域。

另外，第2脉冲管290的狭窄部293的流路面积为其他部分的流路面积的60％左右。因此，若流路面积在狭窄部293与其他区域的交界部中骤变，则制冷剂气体产生湍流，有可能产生压力损失。因此，优选在狭窄部293与其他区域的交界部形成流路面积连续变化的锥形状。

更具体而言，如图4(a)所示，在狭窄部293与其他区域的交界部中的高温端侧的交界部中，流路面积连续增加，直至达到其他区域中的流路面积。同样地，狭窄部293与其他区域的交界部中的低温端侧的交界部中，流路面积连续增加，直至达到其他区域中的流路面积。

图4(b)是表示第2脉冲管290中的狭窄部293的其他结构的图。图4(a)所示的狭窄部293通过缩小第2脉冲管290而构成。与此相对，如图4(b)所示的例子中，狭窄部293处的第2脉冲管290的外径与其他部分的外径相同。通过在第2脉冲管290的内部插入填充部件，缩小流路面积。作为填充部件，能够通过适当使用金属、树脂或塑料等来实现。

图4(b)所示的例子中，基于狭窄部293自身的作用效果也与图4(a)所示的例子相同。图4(b)所示的例子与图4(a)所示的例子相比，第2脉冲管290中的狭窄部293的强度得到提高，在这一点上具有优点。

如以上说明，实施方式所涉及的脉冲管制冷机200通过具备在局部设置有狭窄部293的第2脉冲管290，能够降低第2脉冲管290的制冷剂气体的流量，抑制脉冲管制冷机200中的制冷剂气体的压力差的降低，并且能够最优化制冷剂气体的流速与压力变动之间的相位。其结果，能够提高脉冲管制冷机200的制冷能力及制冷效率。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明，但实施方式仅仅表示本发明的原理、应用。并且实施方式中，在不脱离权利要求中规定的本发明思想的范围内，能够进行多种变形例或配置的变更。

(变形例)

以上，作为脉冲管制冷机200，以2级式结构作为前提进行了说明。脉冲管制冷机200不限于2级式，即使是多级式，也能够适用本发明。以下，作为多级式的一例，对3级式结构的脉冲管制冷机201进行说明。

图5是示意地表示本发明的变形例所涉及的4路阀型脉冲管制冷机201的一例的概要的图。该脉冲管制冷机201为3级式结构。另外，图5中，对与上述图1相同的部件标注与图1相同的标号。

3级式脉冲管制冷机201具有与上述2级式脉冲管制冷机200相同的结构。但是，3级式脉冲管制冷机201还具有第3蓄冷管440及第3脉冲管420。

第3蓄冷管440具有高温端284(相当于第2蓄冷管280的低温端284)及低温端444。第3脉冲管420具有高温端422及低温端424，在高温端422及低温端424设置有热交换器。第3蓄冷管440的低温端444经由第3配管416与第3脉冲管420的低温端424连接。

压缩机212的高压侧(吐出侧)的制冷剂用流路除了如图1的第1制冷剂供给路H1、第2制冷剂供给路H2及第3制冷剂供给路H3之外，还具有第4制冷剂供给路H4。并且，压缩机212的低压侧(吸入侧)的制冷剂用流路除了如图1的第1制冷剂回收路L1、第2制冷剂回收路L2及第3制冷剂回收路L3之外，还具有第4制冷剂回收路L4。

第4制冷剂供给路H4由压缩机212的高压侧～连接有第7开闭阀V7的第4高压侧配管245A～设置有流路阻力450的共通配管455～第3脉冲管420构成。第4制冷剂回收路L4由第3脉冲管420～设置有流路阻力450的共通配管455～设置有第8开闭阀V8的第4低压侧配管245B～B点～压缩机212的路径构成。流路阻力450由节流孔等构成。

接着，对如此构成的4路阀型脉冲管制冷机201的动作进行说明。

图6是按照时间顺序表示图5所示的4路阀型脉冲管制冷机201工作时的8个开闭阀V1～V8的开闭状态的图。以下，将图5所示的图称作“第2时序图”。在脉冲管制冷机201工作时，8个开闭阀V1～V8的开闭状态如下发生周期性变化。

(第1过程：时间0～t3)

首先，在时间t＝0，仅打开第7开闭阀V7。由此，从压缩机212经由第4制冷剂供给路H4，即经由第4高压配管245A～共通配管455～高温端422的路径，向第3脉冲管420供给高压制冷剂气体。之后，在时间t＝t1，在保持第7开闭阀V7的打开状态的情况下，打开第5开闭阀V5。由此，从压缩机212经由第3制冷剂供给路H3，即经由第3高压配管235A～共通配管299～高温端292的路径，向第2脉冲管290供给高压制冷剂气体。

接着，在时间t＝t2，在开闭阀V7、V5打开的状态下，打开第3开闭阀V3。由此，高压制冷剂气体从压缩机212经由第2制冷剂供给路H2，即经由第2高压配管225A～共通配管230～高温端252的路径，供给至第1脉冲管250。

接着，在时间t＝t3，在保持开闭阀V7、V5、V3打开的状态下，打开第1开闭阀V1。由此，高压制冷剂气体导入至第1蓄冷管240、第2蓄冷管280及第3蓄冷管440。一部分制冷剂气体经由第1配管256从低温端254侧流入第1脉冲管250。并且，另一部分制冷剂气体通过第2蓄冷管280并经由第2配管286，从低温端294侧流入第2脉冲管290。又一部分制冷剂气体通过第3蓄冷管440并经由第3配管416，从低温端424侧流入第3脉冲管420。

(第2过程：时间t4～t7)

接着，在时间t＝t4，在保持开闭阀V1、V5、V7的打开状态的情况下，关闭第3开闭阀V3，之后，依次关闭开闭阀V5、V7(时间t＝t5及t＝t6)。与此相对应，来自压缩机212的制冷剂气体仅经由第1制冷剂供给路H1流入第1蓄冷管240。之后，制冷剂气体分别从低温端254、294、424侧流入第1脉冲管250、第2脉冲管290及第3脉冲管420内。

在时间t＝t7，所有开闭阀V1～V8关闭。由于第1脉冲管250、第2脉冲管290及第3脉冲管420的压力上升，第1脉冲管250、第2脉冲管290及第3脉冲管420内的制冷剂气体向设置于各个高温端252、292、422侧的储罐(未图示)侧移动。

(第3过程：时间t7～t10)

之后，在时间t＝t7，打开第8开闭阀V8，第3脉冲管420内的制冷剂气体通过第4制冷剂回收路L4返回压缩机212。之后，在时间t＝t8，打开第6开闭阀V6，第2脉冲管290内的制冷剂气体通过第3制冷剂回收路L3返回压缩机212。由此，第3脉冲管420及第2脉冲管290的压力下降。之后，在时间t＝t9，打开第4开闭阀V4，第1脉冲管250内的制冷剂气体通过第2制冷剂回收路L2返回压缩机212。由此，第1脉冲管250的压力下降。

而且，在时间t＝t10，在保持开闭阀V8、V6、V4的打开状态的情况下，打开第2开闭阀V2。由此，第3脉冲管420、第2脉冲管290、第1脉冲管250及第1蓄冷管240、第2蓄冷管280、第3蓄冷管440内的大部分制冷剂气体通过第1蓄冷管240并经由第1制冷剂回收路L1返回压缩机212。

(第4过程：时间t11～t14)

接着，在时间t＝t11，在开闭阀V2、V6、V8打开的状态下，关闭第4开闭阀V4关闭，之后，依次关闭第6开闭阀V6、第8开闭阀V8(时间t＝t12及t＝t13)。

最后，在时间t＝t14，关闭第2开闭阀V2，从而完成1个循环。

通过反复进行上述循环，能够在第1脉冲管250的低温端254、第2脉冲管290的低温端294及第3脉冲管420的低温端424产生寒冷，从而对冷却对象进行冷却。

变形例所涉及的脉冲管制冷机201中，流过第3蓄冷管440的低温端444的制冷剂气体的温度约为4K。因此，流过第3脉冲管420的低温端424的制冷剂气体的温度也约为4K左右。第3脉冲管420内的制冷剂气体在第3脉冲管420的高温端422成为室温左右。

脉冲管制冷机201中，第1蓄冷管240、第2蓄冷管280及第3蓄冷管440以共有长边方向的中心轴的方式配置，第3脉冲管420与第3蓄冷管440并排配置。因此，与图1所示的第2脉冲管290与第2蓄冷管280的关系相同，能够在第3脉冲管420中确定与第3蓄冷管440中的位置相对应的位置。

变形例所涉及的脉冲管制冷机201中，在流过第3脉冲管420的制冷剂气体的温度为约8K至20K的区域，设置有制冷剂气体的流路面积变小的狭窄部493。第3脉冲管420中的狭窄部493位于比与作为末级蓄冷管的第3蓄冷管440的高温端284相对应的位置更靠低温侧。

由此，能够降低2.2MPa的氦气与0.8MPa的氦气的密度差变大的区域的流量，并抑制脉冲管制冷机200中的制冷剂气体的压力差的下降。并且还能够最优化制冷剂气体的压力变动的相位调整。其结果，能够提高脉冲管制冷机200的制冷能力及制冷效率。

另外，与2级式的脉冲管制冷机200、3级式的脉冲管制冷机201同样地，即使是更多级的制冷机，通过在低温侧的末级脉冲管的局部中设置狭窄部，也能够实现同样的效果。

Claims (7)

1.一种脉冲管制冷机，其特征在于，具备：

压缩机，压缩制冷剂气体；

第1脉冲管，具有低温端及与所述压缩机连接的高温端；

第1蓄冷管，具有与所述第1脉冲管的低温端连接的低温端及与所述压缩机连接的高温端；

第2脉冲管，具有与所述压缩机连接的高温端及比所述第1脉冲管的低温端更低温的低温端；

第2蓄冷管，具有高温端及与所述第2脉冲管的低温端连接的低温端，并与所述第2脉冲管并排配置，

所述第2脉冲管在比与所述第2蓄冷管的高温端相对应的位置更靠低温端侧具备狭窄部。

2.根据权利要求1所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述第2蓄冷管具备：

第1蓄冷材料，配置于高温侧；及

第2蓄冷材料，配置于低温侧，并与所述第1蓄冷材料相邻，

所述狭窄部设置于比与所述第2蓄冷管的所述第1蓄冷材料及所述第2蓄冷材料的交界相对应的位置更靠低温端侧。

3.根据权利要求1所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述狭窄部设置于流过所述第2脉冲管的制冷剂气体的温度为8K至30K的区域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

在所述狭窄部与其他区域的交界部中的高温端侧的交界部中，流路面积连续增加直至达到其他区域的流路面积。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

在所述狭窄部与其他区域的交界部中的低温端侧的交界部中，流路面积连续增加直至达到其他区域的流路面积。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述第2脉冲管为低温侧的末级脉冲管，

所述第2蓄冷管为低温侧的末级蓄冷管。

7.一种脉冲管制冷机，其特征在于，具备：

压缩机，压缩制冷剂气体；

第1脉冲管，具有低温端及与所述压缩机连接的高温端；

第1蓄冷管，具有与所述第1脉冲管的低温端连接的低温端及与所述压缩机连接的高温端；

第2脉冲管，具有与所述压缩机连接的高温端及比所述第1脉冲管的低温端更低温的低温端；及

第2蓄冷管，具有高温端及与所述第2脉冲管的低温端连接的低温端，并与所述第2脉冲管并排配置，

所述第2脉冲管在流过所述第2脉冲管的制冷剂气体的温度为8K至30K的区域具备狭窄部。