CN112867898A - 脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法 - Google Patents

Abstract

脉冲管制冷机(10)具备：脉冲管，具有管内空间；及一体型整流器(32)，配置于脉冲管的低温端和/或高温端。一体型整流器(32)具备：整流层(32a)，面朝管内空间配置，从而对从管内空间流出的制冷剂气体流或流入管内空间的制冷剂气体流进行整流；及换热层(32b)，相对于管内空间配置在整流层(32a)的外侧并且与整流层(32a)形成为一体，且其通过与制冷剂气体流的接触来与制冷剂气体流进行换热。整流层(32a)具备多个突起，所述多个突起从换热层(32b)朝向管内空间突出。

Description

脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法。

背景技术

以往，已知在脉冲管制冷机的脉冲管的高温端及低温端设置由层叠金属丝网构成的整流器。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-148826号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

本发明人对以往使用于脉冲管制冷机的层叠金属丝网的整流器进行了研究，并发现了以下课题。在设计整流器时，通常指定构成层叠金属丝网的各金属丝网的规格(例如，线径、网眼数、织法及线材等)。即使层叠的多张金属丝网具有同一规格，实际上，所有金属丝网的网格位置并不会严格地对齐。因此，在层叠了金属丝网的情况下，相邻的两张金属丝网的网格位置可能会变得不一致，可能会导致在某一张金属丝网的网格的正下方存在另一张金属丝网的线材。如此，在层叠金属丝网中的各个金属丝网的网格并不对齐的情况下，流过层叠金属丝网的制冷剂气体流会紊乱，可能会导致作为整流器的整流效果下降。并且，在相邻的两张金属丝网之间存在接触热阻，因此在金属丝网之间可能会出现温度差。这可能会导致整流器的换热效率下降。

本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于提供一种具有整流效果和/或换热效率得到了改善的整流器的脉冲管制冷机。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的一种实施方式，脉冲管制冷机具备：脉冲管，具有管内空间；及一体型整流器，配置于脉冲管的低温端和/或高温端。一体型整流器具备：整流层，面朝管内空间配置，从而对从管内空间流出的制冷剂气体流或流入管内空间的制冷剂气体流进行整流；及换热层，相对于管内空间配置在整流层的外侧并且与整流层形成为一体，且其通过与制冷剂气体流的接触来与制冷剂气体流进行换热。整流层具备多个突起，所述多个突起从换热层朝向管内空间突出。

根据本发明的一种实施方式，提供一种脉冲管制冷机的制造方法。该方法具备如下工序：通过3D打印技术来制造出整流层和换热层形成为一体的一体型整流器；及将一体型整流器安装于脉冲管的低温端和/或高温端。

另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件和表述在方法、装置、系统等之间相互替换的方式也作为本发明的方式而有效。

发明效果

根据本发明，能够提供一种具有整流效果和/或换热效率得到了改善的整流器的脉冲管制冷机。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的示意图。

图2(a)至图2(c)是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机的一体型整流器的一例的示意图。

图3是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机的一体型整流器的另一例的示意图。

图4是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机的一体型整流器的又一例的示意图。

图5(a)及图5(b)是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机的一体型整流器的又一例的示意图。

图6是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机的制造方法的流程图。

图7是表示实施方式所涉及的一体型整流器的制造方法的另一例的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下说明中，对相同的要件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构为示例，其对本发明的范围并不作任何限定。并且，在以下说明中进行参考的附图中，各构成部件的大小和厚度只是为了方便说明而设定的，其并不一定表示实际的尺寸和比率。

图1是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的示意图。脉冲管制冷机10具备冷头11及压缩机12。

作为一例，脉冲管制冷机10是GM(吉福德-麦克马洪：Gifford-McMahon)式的四阀型的脉冲管制冷机。因此，脉冲管制冷机10具备主压力切换阀14、第1级蓄冷器16、第1级脉冲管18、具有第1级副压力切换阀20及任意的第1级流量调整要件21的第1级相位控制机构。由压缩机12与主压力切换阀14构成脉冲管制冷机10的振动流发生源。振动流发生源与第1级相位控制机构共用压缩机12。

并且，脉冲管制冷机10为二级式制冷机，其还具备第2级蓄冷器22、第2级脉冲管24、具有第2级副压力切换阀26及任意的第2级流量调整要件27的第2级相位控制机构。第2级相位控制机构也共用压缩机12。

在本说明书中，为了便于说明脉冲管制冷机10的构成要件彼此之间的位置关系，使用纵向A及横向B这一术语。通常，纵向A及横向B分别相当于脉冲管18、24及蓄冷器16、22的轴向及径向。但是，纵向A及横向B只要为彼此大致正交的方向即可，并不要求严格的正交。并且，纵向A及横向B的标记并不限定设置于其使用场所的脉冲管制冷机10的姿势。可以将脉冲管制冷机10设置成所期望的姿势，例如，可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向铅垂方向及水平方向，相反地，也可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向水平方向及铅垂方向。或者，也可以将其设置成纵向A及横向B分别朝向彼此不同的倾斜方向。

蓄冷器16与蓄冷器22串联连接并且沿纵向A延伸。脉冲管18及脉冲管24均沿纵向A延伸。第1级蓄冷器16在横向B上与第1级脉冲管18并排配置，第2级蓄冷器22在横向B上与第2级脉冲管24并排配置。第1级脉冲管18在纵向A上具有与第1级蓄冷器16大致相同的长度，第2级脉冲管24在纵向A上具有与第1级蓄冷器16和第2级蓄冷器22的合计长度大致相同的长度。蓄冷器16、22与脉冲管18、24彼此大致平行地配置。

压缩机12构成为，具有压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b，并且对回收过来的低压PL的工作气体进行压缩而产成高压PH的工作气体。工作气体从压缩机吐出口12a经由第1级蓄冷器16供给至第1级脉冲管18，并且，工作气体从第1级脉冲管18经由第1级蓄冷器16回收至压缩机吸入口12b。并且，工作气体从压缩机吐出口12a经由第1级蓄冷器16及第2级蓄冷器22供给至第2级脉冲管24，并且，工作气体从第2级脉冲管24经由第2级蓄冷器22及第1级蓄冷器16回收至压缩机吸入口12b。

压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b分别作为脉冲管制冷机10的高压源及低压源而发挥作用。工作气体还被称作制冷剂气体，例如为氦气。另外，高压PH及低压PL通常均远高于大气压。

主压力切换阀14具有主进气开闭阀V1及主排气开闭阀V2。第1级副压力切换阀20具有第1级副进气开闭阀V3及第1级副排气开闭阀V4。第2级副压力切换阀26具有第2级副进气开闭阀V5及第2级副排气开闭阀V6。

脉冲管制冷机10设置有高压管路13a及低压管路13b。高压PH的工作气体从压缩机12经由高压管路13a流向冷头11。低压PL的工作气体从冷头11经由低压管路13b流向压缩机12。高压管路13a将压缩机吐出口12a连接于进气开闭阀V1、V3、V5。低压管路13b将压缩机吸入口12b连接于排气开闭阀V2、V4、V6。

第1级蓄冷器16具有第1级蓄冷器高温端16a及第1级蓄冷器低温端16b，第1级蓄冷器16从第1级蓄冷器高温端16a沿纵向A朝向第1级蓄冷器低温端16b延伸。第1级蓄冷器高温端16a及第1级蓄冷器低温端16b也可以分别被称作第1级蓄冷器16的第1端及第2端。同样地，第2级蓄冷器22具有第2级蓄冷器高温端22a及第2级蓄冷器低温端22b，第2级蓄冷器22从第2级蓄冷器高温端22a沿纵向A朝向第2级蓄冷器低温端22b延伸。第2级蓄冷器高温端22a及第2级蓄冷器低温端22b也可以分别被称作第2级蓄冷器22的第1端及第2端。第1级蓄冷器低温端16b与第2级蓄冷器高温端22a连通。

第1级脉冲管18具有第1级脉冲管高温端18a及第1级脉冲管低温端18b，第1级脉冲管18从第1级脉冲管高温端18a沿纵向A朝向第1级脉冲管低温端18b延伸。第1级脉冲管高温端18a及第1级脉冲管低温端18b也可以分别被称作第1级脉冲管18的第1端及第2端。

第1级脉冲管18在其内部具有第1级管内空间34a。制冷剂气体可以从第1级脉冲管高温端18a经由第1级管内空间34a流向第1级脉冲管低温端18b(或从第1级脉冲管低温端18b经由第1级管内空间34a流向第1级脉冲管高温端18a)。

同样地，第2级脉冲管24具有第2级脉冲管高温端24a及第2级脉冲管低温端24b，第2级脉冲管24从第2级脉冲管高温端24a沿纵向A朝向第2级脉冲管低温端24b延伸。第2级脉冲管高温端24a及第2级脉冲管低温端24b也可以分别被称作第2级脉冲管24的第1端及第2端。

第2级脉冲管24在其内部具有第2级管内空间34b。制冷剂气体能够从第2级脉冲管高温端24a经由第2级管内空间34b流向第2级脉冲管低温端24b(或从第2级脉冲管低温端24b经由第2级管内空间34b流向第2级脉冲管高温端24a)。以下，有时将第1级管内空间34a及第2级管内空间34b统称为管内空间34。

在脉冲管18、24的两端分别设置有一体型整流器32，所述一体型整流器32用于使与脉冲管的轴向垂直的面内的工作气体流速分布均匀或将其调整为所期望的分布。一体型整流器32还作为换热器而发挥作用。一体型整流器32具备整流层32a及与整流层32a形成为一体的换热层32b。整流层32a面朝管内空间34配置，从而对从管内空间34流出的制冷剂气体流或流入管内空间34的制冷剂气体流进行整流。换热层32b相对于管内空间34配置于整流层32a的外侧，且其通过与制冷剂气体流的接触来与制冷剂气体流进行换热。一体型整流器32的详细内容将在后面叙述。

在例示的结构中，蓄冷器16、22为在其内部填充了蓄冷材料的圆筒状的管，脉冲管18、24为其内部设为空腔的圆筒状的管。因此，第1级管内空间34a及第2级管内空间34b分别成为圆柱形形状的空间。一体型整流器32整体具有圆板状(或短圆柱状)的形状。

冷头11具备第1级冷却台28及第2级冷却台30。

第1级蓄冷器16及第1级脉冲管18从第1级冷却台28朝向相同方向延伸，第1级蓄冷器高温端16a及第1级脉冲管高温端18a相对于第1级冷却台28配置于相同的一侧。由此，第1级蓄冷器16、第1级脉冲管18及第1级冷却台28配置成U字状。同样地，第2级蓄冷器22及第2级脉冲管24从第2级冷却台30朝向相同方向延伸，第2级蓄冷器高温端22a及第2级脉冲管高温端24a相对于第2级冷却台30配置于相同的一侧。由此，第2级蓄冷器22、第2级脉冲管24及第2级冷却台30配置成U字状。

第1级脉冲管低温端18b与第1级蓄冷器低温端16b通过第1级冷却台28结构性地连接在一起从而彼此热连接。在第1级冷却台28的内部形成有第1级连通路29，所述第1级连通路29使第1级蓄冷器低温端16b与第1级脉冲管低温端18b连通。同样地，第2级脉冲管低温端24b与第2级蓄冷器低温端22b通过第2级冷却台30结构性地连接在一起从而彼此热连接。在第2级冷却台30的内部形成有第2级连通路31，所述第2级连通路31使第2级蓄冷器低温端22b与第2级脉冲管低温端24b连通。

一体型整流器32通过将换热层32b接合至脉冲管来安装于脉冲管的高温端和/或低温端。整流层32a被换热层32b支承。另外，整流层32a可以与换热层32b一同接合于脉冲管或整流层32a可以代替换热层32b而接合至脉冲管。

例如，在配置于第1级脉冲管低温端18b的一体型整流器32中，换热层32b接合于第1级脉冲管低温端18b，由此，一体型整流器32与第1级脉冲管低温端18b及第1级冷却台28结构性地连接在一起从而彼此热连接。换热层32b可以接合于第1级冷却台28。同样地，在配置于第2级脉冲管低温端24b的一体型整流器32中，换热层32b接合于第2级脉冲管低温端24b，由此，一体型整流器32与第2级脉冲管低温端24b及第2级冷却台30结构性地连接在一起从而彼此热连接。换热层32b可以接合于第2级冷却台30。

因此，从压缩机12供给过来的制冷剂气体能够从第1级蓄冷器低温端16b经由第1级连通路29并进一步通过第1级脉冲管低温端18b的一体型整流器32而流向第1级管内空间34a。来自第1级脉冲管18的返回气体能够从第1级管内空间34a经由第1级脉冲管低温端18b的一体型整流器32及第1级连通路29而流向第1级蓄冷器低温端16b。

关于第2级，从压缩机12供给过来的制冷剂气体能够从第2级蓄冷器低温端22b经由第2级连通路31并进一步通过第2级脉冲管低温端24b的一体型整流器32而流向第2级管内空间34b。来自第2级脉冲管24的返回气体能够从第2级管内空间34b经由第2级脉冲管低温端24b的一体型整流器32及第2级连通路31而流向第2级蓄冷器低温端22b。

冷却台28、30及一体型整流器32例如由铜等高导热系数的金属材料制成。但是，冷却台28、30及一体型整流器32并非必须由相同的材料制成，也可以由不同的材料制成。

在第2级冷却台30热连接有应被冷却的物体(未图示)。物体可以直接设置于第2级冷却台30上或也可以经由刚性或挠性的传热部件热连接于第2级冷却台30。脉冲管制冷机10能够通过第2级冷却台30的传导冷却来冷却物体。另外，作为被脉冲管制冷机10冷却的物体，可以例举出超导磁铁或其他超导装置、或者红外线摄像元件或其他传感器，但并不只限于此。脉冲管制冷机10也能够冷却与第2级冷却台30接触的气体或液体。

并且，理所当然，第1级冷却台28也可以冷却与被第2级冷却台30冷却的物体不同的物体。例如，在第1级冷却台28可以热连接有用于减少或者防止朝向第2级冷却台30的热侵入的放射屏蔽件。

另一方面，第1级蓄冷器高温端16a、第1级脉冲管高温端18a及第2级脉冲管高温端24a通过凸缘部36彼此连接。凸缘部36安装于供脉冲管制冷机10设置的支承部38(支承台或支承壁等)上。支承部38可以为容纳冷却台28、30及被冷却物的隔热容器或真空容器的壁材料或其他部位。

脉冲管18、24及蓄冷器16、22从凸缘部36的一个主表面朝向冷却台28、30延伸，在凸缘部36的另一个主表面上设置有阀部40。在阀部40容纳有主压力切换阀14、第1级副压力切换阀20及第2级副压力切换阀26。因此，在支承部38构成隔热容器或真空容器的一部分的情况下，若将凸缘部36安装于支承部38，则脉冲管18、24、蓄冷器16、22及冷却台28、30容纳于该容器内，而阀部40则配置于容器外。

另外，阀部40无需直接安装于凸缘部36。阀部40也可以与脉冲管制冷机10的冷头11分开配置并通过刚性或挠性配管而与冷头11连接。如此，可以将脉冲管制冷机10的相位控制机构与冷头11分开配置。

主压力切换阀14构成为，使第1级蓄冷器高温端16a与压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接以便在脉冲管18、24内生成压力振动。主压力切换阀14构成为，在主进气开闭阀V1与主排气开闭阀V2中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。主进气开闭阀V1使压缩机吐出口12a与第1级蓄冷器高温端16a连接，主排气开闭阀V2使压缩机吸入口12b与第1级蓄冷器高温端16a连接。

在主进气开闭阀V1被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经由高压管路13a及主进气开闭阀V1供给至蓄冷器16、22。工作气体还从第1级蓄冷器16经由第1级连通路29及一体型整流器32供给至第1级脉冲管18，并且从第2级蓄冷器22经由第2级连通路31及一体型整流器32供给至第2级脉冲管24。另一方面，在主排气开闭阀V2被打开的期间，工作气体从脉冲管18、24经由蓄冷器16、22、主排气开闭阀V2及低压管路13b而回收至压缩机吸入口12b。

第1级副压力切换阀20构成为，使第1级脉冲管高温端18a与压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接。第1级副压力切换阀20构成为，在第1级副进气开闭阀V3与第1级副排气开闭阀V4中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。第1级副进气开闭阀V3使压缩机吐出口12a与第1级脉冲管高温端18a连接，第1级副排气开闭阀V4使压缩机吸入口12b与第1级脉冲管高温端18a连接。

在第1级副进气开闭阀V3被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经由高压管路13a、第1级副进气开闭阀V3及第1级脉冲管高温端18a供给至第1级脉冲管18。另一方面，在第1级副排气开闭阀V4被打开的期间，工作气体从第1级脉冲管18经由第1级脉冲管高温端18a、第1级副排气开闭阀V4及低压管路13b而回收至压缩机吸入口12b。

第2级副压力切换阀26构成为，使第2级脉冲管高温端24a与压缩机吐出口12a及压缩机吸入口12b交替连接。第2级副压力切换阀26构成为，在第2级副进气开闭阀V5与第2级副排气开闭阀V6中的一个开闭阀被打开的期间使另一个开闭阀处于关闭状态。第2级副进气开闭阀V5使压缩机吐出口12a与第2级脉冲管高温端24a连接，第2级副排气开闭阀V6使压缩机吸入口12b与第2级脉冲管高温端24a连接。

在第2级副进气开闭阀V5被打开的期间，工作气体从压缩机吐出口12a经由高压管路13a、第2级副进气开闭阀V5及第2级脉冲管高温端24a供给至第2级脉冲管24。另一方面，在第2级副排气开闭阀V6被打开的期间，工作气体从第2级脉冲管24经由第2级脉冲管高温端24a、第2级副排气开闭阀V6及低压管路13b而回收至压缩机吸入口12b。

作为这些阀V1～V6的阀定时，可以使用能够适用于已有的四阀型脉冲管制冷机中的各种阀定时。

阀V1～V6可以具有各种具体结构。例如，一组阀V1～V6可以采用例如电磁开闭阀等能够独立控制的多个阀的形式。阀V1～V6也可以采用回转阀。

根据上述结构，脉冲管制冷机10在脉冲管18、24内产生高压PH与低压PL的工作气体压力振动。与压力振动同步且延迟适当的相位而在脉冲管18、24内产生工作气体的位移振动(即，气体活塞的往复移动)。在保持着一定压力的同时在脉冲管18、24内周期性地上下往复的工作气体的动作通常被称作“气体活塞”，其经常用于脉冲管制冷机10的动作的说明中。在气体活塞位于脉冲管高温端18a、24a或其附近时，工作气体在脉冲管低温端18b、24b膨胀从而产生寒冷。通过重复这种制冷循环，脉冲管制冷机10能够冷却冷却台28、30。因此，脉冲管制冷机10能够将各种被冷却物(例如，超导磁铁等)冷却至所期望的超低温。

图2(a)至图2(c)是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机10的一体型整流器32的一例的示意图。图2(a)是一体型整流器32的概略俯视图，图2(b)是沿A1-A1线剖切的概略剖视图，图2(c)是一体型整流器32的概略仰视图。为了便于理解，在图2(b)中还示出了安装有一体型整流器32的脉冲管和冷却台的一部分。

为了便于说明一体型整流器32的形状，在本说明书中，使用脉冲管的延伸方向、第1面内方向B1及第2面内方向B2等术语。如上所述，脉冲管沿图1所示的纵向A延伸，因此脉冲管的延伸方向相当于图1所示的纵向A。第1面内方向B1及第2面内方向B2是指：与脉冲管的延伸方向正交的平面上的彼此正交的两个方向。第1面内方向B1(或第2面内方向B2)可以与图1所示的横向B相同，也可以不同。

整流层32a具备多个突起42，所述多个突起42从换热层32b朝向管内空间34突出。在突起42彼此之间形成有用于整流的制冷剂气体流路44。为了便于理解，在图2(a)至图2(c)中仅示出了少数个突起42，但是实际上，整流层32a具有例如数百至数千或比其更多的突起42。

换热层32b具备多个换热狭缝46及多个换热壁48。与突起42同样地，关于换热狭缝46及换热壁48，实际上也设置有多于图示数量的狭缝及壁。这种狭缝式的气体流路与制冷剂气体的接触面积相对变大，因此能够提高换热效率。

换热狭缝46作为制冷剂气体与换热层32b之间的换热流路而形成于一体型整流器32上。各个换热狭缝46沿纵向A贯穿换热层32b并且沿与第1面内方向B1平行的方向延伸。各个换热壁48沿与第1面内方向B1平行的方向延伸。在多个换热壁48的相邻的两个换热壁48之间划定有一个换热狭缝46，因此，在第2面内方向B2上，多个多个换热壁48与多个换热狭缝46交替配置。多个换热壁48通过换热层32b的外周框架50彼此连接在一起。外周框架50例如通过钎焊、焊接等适当的接合技术而接合于脉冲管和/或冷却台。

多个突起42分别从各个换热壁48朝向管内空间34突出，并且在各换热壁48之上沿第1面内方向B1排列。突起42排列成格子状。突起42在第1面内方向B1及第2面内方向B2这两个方向上等间隔配置。

各突起42在纵向A上的长度彼此相等。

制冷剂气体流路44为与换热狭缝46正交的沟槽或凹部。制冷剂气体流路44沿第2面内方向B2延伸。因此，在第1面内方向B1上，各突起42的两侧分别具有制冷剂气体流路44，并且在第2面内方向B2上，各突起42的两侧分别具有换热狭缝46。如此，整流层32a具有面朝管内空间34的网格状流路。

管内空间34与突起42彼此之间的制冷剂气体流路44连通，并且制冷剂气体流路44与换热狭缝46连通。换热狭缝46与图1所示的第1级连通路29(或也可以为第2级连通路31)连通。如此，管内空间34经由一体型整流器32而与冷却台内部的连通路连通。

因此，一体型整流器32有助于解决以往的由层叠金属丝网形成的整流器中存在的问题。如上所述，在层叠金属丝网中，相邻的两张金属丝网的网格位置会变得不一致，由此，制冷剂气体流在流过层叠金属丝网的过程中变得紊乱，可能会导致作为整流器的整流效果下降。相对于此，在一体型整流器32中，面朝管内空间34的网格状流路形成为在纵向A(即，流路的深度方向)上呈直线状，因此抑制在制冷剂气体流路44中产生紊流。因此，一体型整流器32能够提高整流效果。并且，在层叠金属丝网中，金属丝网之间存在接触热阻，会导致层叠金属丝网的内部产生温度差，由此，可能会导致换热效率下降。相对于此，在一体型整流器32中，整流层32a和换热层32b形成为一体，因此一体型整流器32内部的温度差减小。因此，一体型整流器32能够提高换热效率。

整流层32a具备多个突起42。由此，面朝管内空间34的网格状流路形成在突起42彼此之间。通过采用这种结构，与层叠金属丝网相比，容易制造出被设计成具有良好的整流效果和/或换热效率的制冷剂气体流路44。

多个突起42从换热层32b朝向管内空间34以与纵向A平行的方式直立。如此一来，管内空间34中的制冷剂气体流的方向与各突起42平行地配置，因此能够提高基于整流层32a的整流效果。

纵向A上的多个突起42的长度大于纵向A上的换热层32b的厚度。如此一来，整流层32a相对变厚，因此能够提高基于整流层32a的整流效果。突起42在纵向上的长度例如可以大于换热层32b的厚度的二倍、或大于五倍、或大于十倍。突起42在纵向上的长度也可以设为在将一体型整流器32安装于冷却台的情况下突起42不超过冷却台的上表面52的长度。

根据实施方式所涉及的脉冲管制冷机10，具备上述的一体型整流器32，因此制冷剂气体的整流效果及换热效率得到提高。由此，还可以期待脉冲管制冷机10的制冷性能的提高。

图3是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机10的一体型整流器32的另一例的示意图。在图3中示出了一体型整流器32的概略俯视图。

多个突起42在各换热壁48之上沿第1面内方向B1至少排列有两列。一体型整流器32具有沿第1面内方向B1延伸的突起分开沟槽54，由此，在换热壁48上形成第1突起列42a和第2突起列42b。突起分开沟槽54并未贯穿一体型整流器32。一个换热狭缝46与多个突起列42a、42b在第2面内方向B2上交替配置。并且，一体型整流器32在第2面内方向B2上也具有突起分开沟槽54。如此，能够使突起42变细以使其高密度地配置，从而能够提高一体型整流器32的整流效果。

图4是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机10的一体型整流器32的又一例的示意图。在图4中示出了一体型整流器32的概略剖视图。多个突起42中的至少一个突起42在中途分枝。突起42随着从换热层32b朝向管内空间34而被逐级分支从而变细，并且数量也增加。如此，也能够提高整流层32a的整流效果。

图5(a)及图5(b)是表示可用于图1所示的脉冲管制冷机10的一体型整流器32的又一例的示意图。图5(a)是一体型整流器32的概略俯视图，图5(b)是沿A2-A2线剖切的概略剖视图。

如图5(a)及图5(b)所示，整流层32a可以为多孔板。整流层32a具有多个贯穿孔56而不是具有突起。如上所述，换热层32b具有交替配置的多个换热狭缝46及换热壁48。沿着各换热狭缝46排列有多个贯穿孔56。脉冲管的管内空间与贯穿孔56连通，并且贯穿孔56与换热狭缝46连通。如此设置，也能够提供整流效果和/或换热效率比层叠金属丝网更高的一体型整流器32。

图6是表示实施方式所涉及的脉冲管制冷机10的制造方法的流程图。首先，通过3D打印技术来制造出整流层32a和换热层32b形成为一体的一体型整流器32(S10)。能够使用适于组装在脉冲管制冷机10的一体型整流器32的材料(例如，铜(例如，纯铜)等高导热性金属材料)的金属3D打印机已被研发出，而且容易购买这种金属3D打印机。

接着，将一体型整流器安装于脉冲管的低温端和/或高温端(S12)。如上所述，例如使用钎焊等适当的接合技术来将一体型整流器32安装于脉冲管的低温端和/或高温端。

然后，组装脉冲管制冷机10(S14)。除了安装有一体型整流器32的脉冲管以外还准备蓄冷器、阀单元等脉冲管制冷机10的各种构成要件，并使用这些构成要件来最终组装出脉冲管制冷机10。如此，能够提供具有一体型整流器32的脉冲管制冷机10。

根据本方法，通过3D打印技术来制造出一体型整流器32。3D打印对形状的设计自由度高。因此，完全或几乎不受制造工序的限制即可制造出被设计成能够实现良好的整流效果和/或换热效率的一体型整流器32。一体型整流器32并不只限于上述具体例，可以具有任意形状的流路。能够提供具有所期望的三维形状的一体型整流器32。

根据本方法，能够通过3D打印技术来制造出在整流层32a上具有多个突起42的一体型整流器32(例如，图2(a)至图2(c)所示的一体型整流器32、图3所示的一体型整流器32及图4所示的一体型整流器32)。通过3D打印技术制造的一体型整流器32并不只限于这些具体例。例如，突起42及换热狭缝46的形状及配置可以为任意的形状及配置。

并且，根据本方法，能够通过3D打印技术来制造出整流层32a具有多个贯穿孔56的一体型整流器32(例如，图5(a)至图5(b)所示的一体型整流器32)。此时，贯穿孔56及换热狭缝46的形状及配置也可以为任意形状及配置。

图7是表示实施方式所涉及的一体型整流器32的制造方法的另一例的示意图。

实施方式所涉及的一体型整流器32也可以利用其他方法制造出。在图7中示出了使用了线切割加工法的一体型整流器32的制造方法。首先，准备母材58(S20)。母材58例如具有圆板形状，且其由铜(例如纯铜)等高导热性金属材料形成。

接着，进行第一次线切割加工(S22)。由此，形成多个沟槽60。为了不让母材58被分割成多个细长片，线切割加工以如下方式进行：从母材58的一侧(在图7中为左侧)开始切削并在相反的一侧(在图7中为右侧)稍微保留母材58的外周(例如，保留有半圆状的外周框架62)。

接着，进行第二次线切割加工(S24)。第二次线切割加工沿与第一次线切割加工的方向正交的方向(例如，与纸面垂直的方向)进行，从而形成多个突起42。为了不让母材58被分割成多个小片，第二次线切割加工也以与第一次线切割加工相同的方式进行。在第一次线切割加工中形成的沟槽60成为换热狭缝46。如此，可以制造出一体型整流器32。

另外，图7所示的一体型整流器32也可以利用3D打印技术制造出。此时，能够在整周上形成外周框架62，因此有利于提高一体型整流器32的强度。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应当可以理解，本发明并不只限于上述实施方式，可以进行各种设计变更，并且可以存在各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。在一种实施方式中进行说明的各种特征也可以应用于其他实施方式。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各实施方式的效果。

在上述实施方式中，一体型整流器32设置于第1级脉冲管18的两端及第2级脉冲管24的两端。但是，在一种实施方式中，一体型整流器32可以设置于第1级脉冲管高温端18a和第1级脉冲管低温端18b中的任意一处(例如，仅设置于第1级脉冲管低温端18b)。一体型整流器32可以设置于第2级脉冲管高温端24a和第2级脉冲管低温端24b中的任意一处(例如，仅设置于第2级脉冲管低温端24b)。

在本发明中，脉冲管制冷机10为四阀型脉冲管制冷机，但是这并非是本质性的。脉冲管制冷机10也可以具有结构不同的相位控制机构，例如可以为双向吸气型脉冲管制冷机(Double inlet pulse tube refrigerator)或激活缓冲型脉冲管制冷机(active bufferpulse tube refrigerator)。并且，在上述实施方式中，举例说明了将一体型整流器32适用于GM方式的脉冲管制冷机10中的情况，但是本发明并不只限于此，实施方式所涉及的一体型整流器32也可以适用于斯特林方式的脉冲管制冷机或其他方式的脉冲管制冷机。在上述实施方式中，以二级式脉冲管制冷机10为例进行了说明，但是，脉冲管制冷机10也可以为单级式或者多级式(例如，三级式)。

在上述实施方式中，对整流层32a具有多个突起42的若干例子进行了说明，但是，一体型整流器32也可以采用其他结构。像图5(a)及图5(b)所示的例子那样整流层32a也可以具有多个贯穿孔56而不是具有突起。

因此，在一种实施方式中，脉冲管制冷机具备：脉冲管，具有管内空间；及一体型整流器，配置于脉冲管的低温端和/或高温端。一体型整流器具备：整流层，面朝管内空间配置，从而对从管内空间流出的制冷剂气体流或流入管内空间的制冷剂气体流进行整流；及换热层，相对于管内空间配置在整流层的外侧并且与整流层形成为一体，且其通过与制冷剂气体流的接触来与制冷剂气体流进行换热。整流层可以具有从整流层的上表面贯穿至下表面的多个贯穿孔，管内空间可以经由多个贯穿孔而与换热层连通。

换热层可以具备多个换热壁，多个换热壁以划定沿脉冲管的延伸方向贯穿换热层且沿与正交于脉冲管的延伸方向的换热层的第1面内方向平行的方向延伸的多个换热狭缝的方式沿与换热层的第1面内方向平行的方向延伸并且在与换热层的第1面内方向正交的换热层的第2面内方向上与多个换热狭缝交替配置。可以沿着至少一个换热狭缝排列有多个贯穿孔。也可以沿着各个换热狭缝而排列有多个贯穿孔。管内空间可以经由多个贯穿孔而与换热狭缝连通。

多个贯穿孔可以沿与脉冲管的延伸方向平行的方向从管内空间朝向换热层(例如，换热狭缝)延伸。脉冲管的延伸方向上的多个贯穿孔的长度可以大于脉冲管的延伸方向上的换热层的厚度。贯穿孔的长度例如可以大于换热层的厚度的二倍、或大于五倍、或大于十倍。贯穿孔的长度可以设为在将一体型整流器安装于冷却台的情况下管穿孔不超过冷却台的上表面的长度。

多个贯穿孔可以沿着一个换热狭缝沿第1面内方向至少排列有两列。

产业上的可利用性

本发明能够利用于脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法的领域中。

符号说明

10-脉冲管制冷机，32-一体型整流器，32a-整流层，32b-换热层，34-管内空间，42-突起，46-换热狭缝，48-换热壁。

Claims (12)

1.一种脉冲管制冷机，其特征在于，具备：

脉冲管，具有管内空间；及

一体型整流器，配置于所述脉冲管的低温端和/或高温端，且其具备整流层及换热层，所述整流层面朝所述管内空间配置，从而对从所述管内空间流出的制冷剂气体流或流入所述管内空间的制冷剂气体流进行整流，所述换热层相对于所述管内空间配置在所述整流层的外侧并且与所述整流层形成为一体，且其通过与所述制冷剂气体流的接触来与所述制冷剂气体流进行换热，

所述整流层具备多个突起，所述多个突起从所述换热层朝向所述管内空间突出。

2.根据权利要求1所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述多个突起从所述换热层朝向所述管内空间以与所述脉冲管的延伸方向平行的方式直立。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述多个突起排列成格子状。

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，

所述脉冲管的延伸方向上的所述多个突起的长度大于所述脉冲管的延伸方向上的所述换热层的厚度。

5.根据权利要求4所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述脉冲管的延伸方向上的所述多个突起的长度大于所述脉冲管的延伸方向上的所述换热层的厚度的十倍。

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，

所述多个突起中的至少一个突起在中途分枝。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述换热层具备多个换热壁，所述多个换热壁以划定沿所述脉冲管的延伸方向贯穿所述换热层且沿与正交于所述脉冲管的延伸方向的所述换热层的第1面内方向平行的方向延伸的多个换热狭缝的方式沿与所述换热层的第1面内方向平行的方向延伸并且在与所述换热层的第1面内方向正交的所述换热层的第2面内方向上与所述多个换热狭缝交替配置，

所述多个突起从各个换热壁朝向所述管内空间突出，并且在各个换热壁之上沿所述第1面内方向排列。

8.根据权利要求7所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述多个突起在各个换热壁上沿所述第1面内方向至少排列有两列。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的脉冲管制冷机，其特征在于，

所述一体型整流器仅配置于所述脉冲管的低温端。

10.一种脉冲管制冷机的制造方法，其特征在于，具备如下工序：

通过3D打印技术来制造出整流层和换热层形成为一体的一体型整流器；及

将所述一体型整流器安装于脉冲管的低温端和/或高温端。

11.根据权利要求10所述的脉冲管制冷机的制造方法，其特征在于，

所述一体型整流器的所述整流层具备多个突起，所述多个突起从所述换热层朝向所述脉冲管的管内空间突出。

12.根据权利要求10所述的脉冲管制冷机的制造方法，其特征在于，

所述一体型整流器的所述整流层具有从所述整流层的上表面贯穿至下表面的多个贯穿孔，所述脉冲管的管内空间经由所述多个贯穿孔与所述换热层连通。

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