EP2256437A2 - Pulse-Tube-Kaltkopf - Google Patents

Pulse-Tube-Kaltkopf Download PDF

Info

Publication number
EP2256437A2
EP2256437A2 EP10005476A EP10005476A EP2256437A2 EP 2256437 A2 EP2256437 A2 EP 2256437A2 EP 10005476 A EP10005476 A EP 10005476A EP 10005476 A EP10005476 A EP 10005476A EP 2256437 A2 EP2256437 A2 EP 2256437A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
pulse
heat exchanger
cold head
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10005476A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2256437A3 (de
Inventor
Gunter Kaiser
Johannes Hadlich
Roland Bauer
Jürgen Klier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SAMAD Industrietechnik
Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Original Assignee
SAMAD Industrietechnik
Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SAMAD Industrietechnik, Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH filed Critical SAMAD Industrietechnik
Publication of EP2256437A2 publication Critical patent/EP2256437A2/de
Publication of EP2256437A3 publication Critical patent/EP2256437A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1423—Pulse tubes with basic schematic including an inertance tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir

Definitions

  • the invention relates to a cold head for gas chillers with a power between 10 W and a few kilowatts of cooling capacity for the generation of temperatures in the range of 80 K (single stage) and 20 K (two stages) according to the Pulse Tube principle.
  • the application of the Pulse Tube cold head is particularly suitable for the direct cooling of devices / systems with medium to large cooling capacity requirements, such.
  • HTSC high-temperature superconductors
  • inertance tube used to adjust the phase difference between the pressure wave and flow.
  • the principle of inertia which was developed in the late nineties, represents a further development of the orifice principle.
  • the inertance principle In contrast to the orifice principle (eg US Pat. No. 6,442,947 B1 ) where only a pressure difference monotonous volume flow can be adjusted by a pinhole, the inertance principle, the reactance of the gas inertia is exploited to increase the phase shift.
  • Kinetic energy is also stored in the moving gas column, which can be used to build up pressure when the gas flows back from the inertia tube (stagnation, conversion of kinetic energy into potential energy).
  • US 2009/0107150 A1 is an interconnection of an inertance tube and a pressure tank, as it is commonly used in Pulse Tube cooling systems is described.
  • the pressure tank is formed as a helical channel, which is introduced into the outer wall of the pulse tube.
  • the principle of the Inertance tube is also used in the JP 2002 106 992 applied two-stage inert tube, which consists of an inertial tube and a Friction tube exists. These are arranged between the pulse tube and the reservoir such that the friction tube with the pulse tube and the inertial tube are connected to the reservoir.
  • this arrangement of friction and inertial tube (the latter immediately in front of the reservoir) means that utilization of the kinetic energy of the gas in the inertial tube for recompression of the gas column in the pulse tube is not possible.
  • the improvement of the gross cooling capacity and the efficiency results here only from the exact adjustment of the phase shift between the pressure wave and the volume flow.
  • regenerator bypass with the double-inlet principle Another possibility for influencing the phase shift is the regenerator bypass with the double-inlet principle.
  • a portion of the gas flow for compression and expansion past the regenerator is passed directly to the warm end of the pulse tube, allowing the ratio of the volume flows through the heat exchanger or into the pulse tube can be adjusted.
  • the double-inlet principle is rarely used today because the bypass via the regenerator must be set very precisely.
  • instabilities that are difficult to control can be caused by differential gas flows between compression and expansion, which lead to rectified net flow (DC) flows.
  • the principle of the active expander is functionally the most effective solution today, as it achieves performance data comparable to or better than Stirling coolers.
  • the main disadvantage is the complexity of the system, namely the large number of moving parts and their coordination with each other.
  • copper screen mesh disks are usually used for medium cooling capacities, or heat exchangers with several parallel bores or tubes are used.
  • Pulse tube coolers of higher refrigeration capacity and high operating frequency use heat exchangers with eroded slots.
  • the object of the invention is to provide a refrigeration machine according to the pulse tube principle, which combines the effectiveness of a pulse tube cooler with active expander and the simple structure of the pulse tube cooler with inert tube and also a has a simple but powerful heat exchanger.
  • a pulse tube cold head is used for the chiller, which has a two-stage inertia tube and a novel warm heat exchanger.
  • the Pulse Tube cold head consists of a compressor, a cold heat exchanger, a pulse tube, a warm heat exchanger, a downstream phase shifter and a reservoir.
  • the flow cross-section of the heat exchanger with respect to the flow cross-section of the pulse tube to increase steadily or suddenly.
  • the lying in the subsonic area flow velocity of the working gas is gradually or suddenly reduced during the transition from the warm end of the pulse tube in the heat exchanger.
  • the working gas stagnates in this.
  • the stagnation of the working gas causes due to the Bernoulli effect, a local increase in the static pressure.
  • the working gas undergoes a change of state, which in the general case of a polytropic Compression corresponds.
  • the kinetic energy of the working gas is converted into internal energy, whereby the temperature of the gas in the heat exchanger increases and consequently more energy can be transmitted via the wall of the heat exchanger.
  • heat transfer of the heat exchanger can be achieved without additional internal structure in the heat exchanger or with a simple internal structure, which is otherwise possible only by complex internal structures.
  • the reduction in the flow rate of the working gas within the heat exchanger also creates the precondition for the optimal operation of a downstream phase shifter.
  • phase shifter In order to be able to set the necessary functional parameters for the phase shift independently of one another, it is necessary to have a phase shifter with which the phase shift, volume flow and friction component can be set separately.
  • a two-stage inertance tube which consists of an inertial tube and a friction tube.
  • the inertia tube is characterized by the lowest possible friction losses, and the subsequent friction tube, with which the friction component can be set constructively, has a smaller cross-section compared to the inertia tube.
  • the inertia tube is connected to the warm heat exchanger and the friction tube to the reservoir.
  • the design of the two-stage inertance tube offers four options for adjustment, namely, in addition to optimally adjusting phase shift, volumetric flow, and friction fraction, storing the kinetic energy by properly designing the length and diameter of the inertial tube. In this way all properties of the structurally and functionally complex active expander can be simulated with a simple tube structure.
  • the two-stage inertance tube can be used easily adjust other phase shifts.
  • Theoretical calculations show that with phase shifts of approximately 60 ° ... 70 ° optimum conditions can be set with regard to cooling capacity and efficiency.
  • pulse tube cold heads can be arranged in parallel cascading (parallel connection).
  • serial arrangement multi-stage arrangement
  • the invention can also be applied to Gifford-McMahon-type and Stirling-type pulse tube coolers.
  • the stagnation effect in the heat exchanger can be increased by the addition of gases of greater density, whereby a better heat transfer is achieved.
  • the pulse tube cold head according to the invention comprises the pulse tube 1, the warm heat exchanger 2, the inertial tube 3 and the friction tube 4.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kaltkopf für Gaskältemaschinen mit einer Leistung zwischen 10 W und einigen Kilowatt Kälteleistung für die Erzeugung von Temperaturen im Bereich von 80 K (einstufig) und 20 K (zweistufig) nach dem Pulse-Tube-Prinzip. Der Pulse-Tube-Kaltkopf zeichnet sich dadurch aus, dass der warme Wärmetauscher 2 ein Rohr ist, dessen Querschnitt größer ist als der Querschnitt des Pulsrohrs 1 und dass sich zwischen dem warmen Wärmetauscher 2 und dem Reservoir eine zweistufige Inertance-Tube anschließt, die aus einem Trägheitsrohr 3, das möglichst geringe Reibungsverluste verursacht, und einem anschließenden Reibungsrohr mit einem im Vergleich zum Trägheitsrohr 4 geringerem Querschnitt besteht, wobei das Trägheitsrohr 3 mit dem warmen Wärmetauscher 2 und das Reibungsrohr 4 mit dem Reservoir verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kaltkopf für Gaskältemaschinen mit einer Leistung zwischen 10 W und einigen Kilowatt Kälteleistung für die Erzeugung von Temperaturen im Bereich von 80 K (einstufig) und 20 K (zweistufig) nach dem Pulse-Tube-Prinzip. Die Anwendung des Pulse-Tube-Kaltkopf bietet sich besonders für die direkte Kühlung von Vorrichtungen/Anlagen mit mittleren bis größeren Kälteleistungsbedarf, wie z. B. passive Magnetlager auf der Basis von Hochtemperatursupraleitern, die für (HTSL) Ultrazentrifugen, Schwungrad-Energiespeicher etc. verwendet werden, und (Rück-)Verflüssigungsanlagen für permanente Gase (z.B. Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Erdgas einstufig; Neon, Wasserstoff zweistufig) an.
  • Die technische Nutzung des Pulse-Tube-Prinzips ist bereits seit 1941 durch den Basic Pulse Tube Refrigerator (BPTR) von W. E. Gifford und R. C. Longsworth bekannt, mit dem Temperaturen von 124 K (= -149 °C) erreicht wurden. Weiterentwicklungen führten zu Pulse-Tube-Kühlern, die Temperaturen von 1,7 K ermöglichen.
  • Für Pulse-Tube-Kühler mittlerer und größerer Kälteleistung wird derzeit nahezu ausschließlich eine sogenannte Inertance-Tube zur Einstellung der Phasendifferenz zwischen Druckwelle und Volumenstrom eingesetzt. Das Inertance-Prinzip, das Ende der neunziger Jahre entwickelt wurde, stellt eine Weiterentwicklung des Orifice-Prinzips dar. Im Gegensatz zum Orifice-Prinzip (z.B. US 6,442,947 B1 ) wo lediglich ein Druckdifferenz-monotoner Volumenstrom durch eine Lochblende eingestellt werden kann, wird beim Inertance-Prinzip die Reaktanz der Gasträgheit zur Vergrößerung der Phasenverschiebung ausgenutzt. In der bewegten Gassäule wird zudem kinetische Energie gespeichert, welche beim Zurückströmen des Gases aus der Inertance-Tube zum Druckaufbau genutzt werden kann (Stagnation, Umwandlung kinetischer Energie in potentielle Energie).
  • In US 2009/0107150 A1 wird eine Verschaltung aus einer Inertance-Tube und einem Drucktank, wie er üblicherweise in Pulse-Tube-Kühlsystemen eingesetzt wird, beschrieben. Der Drucktank ist als schraubenförmiger Kanal ausgeformt, der in die Außenwand der Pulse-Tube eingebracht ist.
  • Das Prinzip der Inertance-Tube wird auch bei der in JP 2002 106 992 beschriebenen zweistufigen Inertance-Tube angewendet, die aus einem Trägheitsrohr und einem Reibungsrohr besteht. Diese sind derart zwischen Pulse-Tube und Reservoir angeordnet, dass das Reibungsrohr mit der Pulse-Tube und das Trägheitsrohr mit dem Reservoir verbunden sind. Diese Anordnung von Reibungs- und Trägheitsrohr (letzteres unmittelbar vor dem Reservoir) führt jedoch dazu, dass eine Ausnutzung der kinetischen Energie des Gases im Trägheitsrohr zur Rekompression der Gassäule in der Pulse-Tube nicht möglich ist. Die Verbesserung der Bruttokälteleistung und des Wirkungsgrads resultiert hier lediglich aus der exakten Einstellung der Phasenverschiebung zwischen Druckwelle und Volumenstrom.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Phasenverschiebung ist der Regenerator-Bypass beim Double-Inlet-Prinzip. Hier wird ein Teil des Gasstroms für die Kompression und Expansion am Regenerator vorbei direkt zum warmen Ende der Pulse-Tube geleitet, wodurch sich das Verhältnis der Volumenströme über den Wärmetauscher bzw. in die Pulse-Tube einstellen lässt. Das Double-Inlet-Prinzip wird heute nur noch selten benutzt, da der Bypass über den Regenerator sehr exakt eingestellt werden muss. Außerdem können schwer kontrollierbare Instabilitäten durch Differenz-Gasströme zwischen Kompression und Expansion hervorgerufen werden, welche zu gleichgerichteten Nettomassenströmen (DC-Flow) führen.
  • In DE 10 051 115.5 wird eine weitere Lösung, die eines aktiven Expanders, gezeigt, die die beim Pulse-Tube-Prinzip nötige Phasenverschiebung zwischen Druckwelle und Volumenstrom erzeugt. In einem Verdichter befinden sich zwei Zylinder, die um 55°...78° zueinander versetzt sind. Die Zylinder, ein Kompressionszylinder und ein Expansionszylinder, werden von derselben Welle angetrieben. Die Volumina von Kompressionszylinder und Expansionszylinder sind so aneinander angepasst, dass im Arbeitspunkt des Kryokühlers sowohl die Phasenverschiebung zwischen Druckwelle und Volumenstrom als auch der Volumenstrom selbst optimiert sind. Außerdem wird über die Kopplung des Expansionskolbens an die Welle ein großer Anteil der Expansionsenergie auf die Antriebswelle gebracht und damit die notwendige Antriebsenergie pro Zyklus verkleinert. Über diese Maßnahme kann eine hohe Kälteleistung bei hohem Wirkungsgrad erreicht werden. Das Prinzip des aktiven Expanders stellt funktionell gegenwärtig die effektivste Lösung dar, da Leistungsdaten erreicht werden, die mit denen von Stirlingkühlern vergleichbar sind bzw. diese sogar übertreffen. Nachteilig ist jedoch vor allem die Komplexität des Systems, namentlich die Vielzahl der beweglichen Teile und deren Abstimmung zueinander.
  • Als Wärmetauscher am warmen Ende der Pulse-Tube werden bei mittleren Kälteleistungen üblicherweise Kupfer-Siebgewebescheiben eingesetzt oder es werden Wärmetauscher mit mehreren parallelen Bohrungen bzw. Rohren verwendet. Bei Pulse-Tube-Kühlern größerer Kälteleistung und hoher Arbeitsfrequenz werden Wärmetauscher mit erodierten Schlitzen benutzt.
  • Jeder der vorgestellten Wärmetauscher ist aufgrund seiner Komplexität in der Herstellung aufwendig und kostenintensiv.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kältemaschine nach dem Pulse-Tube-Prinzip zur Verfügung zu stellen, die die Effektivität eines Pulse-Tube-Kühlers mit aktivem Expander und den einfachen Aufbau des Pulse-Tube-Kühlers mit Inertance-Tube vereint und zudem einen einfach aufgebauten, aber leistungsstarken Wärmetauscher besitzt.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird für die Kältemaschine ein Pulse-Tube-Kaltkopf verwendet, der eine zweistufige Inertance-Tube und einen neuartigen warmen Wärmetauscher aufweist.
  • Der Pulse-Tube-Kaltkopf besteht aus einem Kompressor, einem kalten Wärmetauscher, einem Pulsrohr, einem warmen Wärmetauscher, einem nachgeschalteten Phasenschieber und einem Reservoir. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Strömungsquerschnitt des Wärmetauschers gegenüber des Strömungsquerschnitts des Pulsrohrs stetig oder sprunghaft zu vergrößern. Damit wird die im Unterschallbereich liegende Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases beim Übergang vom warmen Ende des Pulsrohrs in den Wärmetauscher allmählich oder sprunghaft verringert.
  • Durch die Vergrößerung des Strömungsquerschnitts im Wärmetauscher stagniert das Arbeitsgas in diesem. Die Stagnation des Arbeitsgases bewirkt aufgrund des Bernoulli-Effekt eine lokale Erhöhung des statischen Drucks. Infolge dessen erfährt das Arbeitsgas eine Zustandsänderung, welche im allgemeinen Fall einer polytropen Kompression entspricht. Die kinetische Energie des Arbeitsgases wird in innere Energie umgewandelt, wobei die Temperatur des Gases im Wärmetauscher ansteigt und folglich mehr Energie über die Wandung des Wärmetauschers übertragen werden kann.
  • Aufgrund dieses Effekts kann ohne zusätzliche Innenstruktur im Wärmetauscher bzw. mit einfacher Innenstruktur eine Wärmeübertragung des Wärmetauschers erreicht werden, die sonst nur durch komplexe Innenstrukturen möglich ist.
  • Die Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases innerhalb des Wärmetauschers schafft gleichzeitig die Vorbedingung für den optimalen Betrieb eines nachgeschalteten Phasenschiebers.
  • Um die notwendigen funktionellen Parameter für die Phasenverschiebung unabhängig voneinander einstellen zu können, ist es erforderlich, einen Phasenschieber zu haben, mit dem sich Phasenverschiebung, Volumenstrom und Reibungsanteil separat einstellen lassen.
  • Hierfür ist vorgesehen, eine zweistufige Inertance-Tube zu verwenden, welche aus einem Trägheitsrohr und einem Reibungsrohr besteht. Das Trägheitsrohr zeichnet sich durch möglichst geringe Reibungsverluste aus, und das anschließende Reibungsrohr, mit dem der Reibungsanteil konstruktiv eingestellt werden kann, weist einen im Vergleich zum Trägheitsrohr geringeren Querschnitt auf. Das Trägheitsrohr ist mit dem warmen Wärmetauscher und das Reibungsrohr mit dem Reservoir verbunden.
  • Die Gestaltung der zweistufigen Inertance-Tube bietet vier Möglichkeiten der Einstellung, nämlich zusätzlich zur optimalen Einstellung von Phasenverschiebung, Volumenstrom und Reibungsanteil die Speicherung der kinetischen Energie durch die geeignete Gestaltung von Länge und Durchmesser des Trägheitsrohrs. Auf diese Weise lassen sich alle Eigenschaften des strukturell und funktionell komplexen aktiven Expanders mit einer einfachen Rohrstruktur nachbilden.
  • Im Gegensatz zum aktiven Expander, der aufgrund der Vibrationsentkopplung (Massenausgleich 1. Ordnung) beim Antriebssystem möglichst mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad zu betreiben ist, lassen sich mit der zweistufigen Inertance-Tube problemlos auch andere Phasenverschiebungen einstellen. Theoretische Berechnungen zeigen, dass sich mit Phasenverschiebungen von etwa 60°...70° optimale Bedingungen hinsichtlich Kälteleistung und Wirkungsgrad einstellen lassen.
  • Zur Steigerung Kälteleistung können zudem mehrere Pulse-Tube-Kaltköpfe parallel kaskadiert (Parallelschaltung) angeordnet werden. Mittels serieller Anordnung (Mehrstufenanordnung) lässt sich eine Verringerung der Arbeitstemperatur erreichen
  • Des Weiteren lässt sich die Erfindung auch auf Gifford-McMahon-artige und Stirlingartige Pulse-Tube-Kühler übertragen.
  • Durch Zumischen von Gasen mit größerer Dichte (z.B. Neon) zum Arbeitsgas (z. B. Helium) lässt sich eine kompaktere Geometrie, insbesondere durch die mögliche Verkürzung des Trägheitsrohrs, erreichen. Weiterhin ist durch die Beimischung von Gasen größerer Dichte der Stagnations-Effekt im Wärmetauscher steigerbar, wodurch eine bessere Wärmeübertragung erreicht ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert; hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    einen Pulse-Tube-Kaltkopf mit einer zweistufigen Inertance-Tube und einem Wärmetauscher, bei dem der Strömungsquerschnitt am warmen Ende des Pulsrohrs sprunghaft erweitert ist;
    Fig. 2
    einen Pulse-Tube-Kaltkopf mit einer zweistufigen Inertance-Tube und einem Wärmetauscher, bei dem der Strömungsquerschnitt am warmen Ende des Pulsrohrs stetig erweitert ist.
  • Wie aus den Figuren ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße Pulse-Tube-Kaltkopf das Pulsrohr 1, den warmen Wärmetauscher 2, das Trägheitsrohr 3 und das Reibungsrohr 4.
  • Bei dem Pulse-Tube-Kaltkopf gemäß Fig. 1 ist der Übergang des Querschnitts sprunghaft, wogegen in Fig. 2 der Übergang stetig ist.
    • Liste der verwendeten Bezugszeichen
    • 1.
    Pulsrohr
    2.
    warmer Wärmetauscher
    3.
    Trägheitsrohr
    4.
    Reibungsrohr

Claims (9)

  1. Pulse-Tube-Kaltkopf, bestehend aus einem Vorkühler, einem Regenerator, einem kalten Wärmetauscher, einem Pulsrohr (1), einem warmen Wärmetauscher (2), einem nachgeschalteten Phasenschieber und einem Reservoir, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Wärmetauscher (2) ein Rohr ist, dessen Querschnitt größer ist als der Querschnitt des Pulsrohrs (1) und dass sich zwischen dem warmen Wärmetauscher (2) und dem Reservoir eine zweistufige Inertance-Tube anschließt, die aus einem Trägheitsrohr (3), das möglichst geringe Reibungsverluste verursacht, und einem anschließenden Reibungsrohr (4) mit einem im Vergleich zum Trägheitsrohr (3) geringerem Querschnitt besteht, wobei das Trägheitsrohr (3) mit dem warmen Wärmetauscher (2) und das Reibungsrohr (4) mit dem Reservoir verbunden ist.
  2. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Wärmetauscher (2) ein Rohr ist, dessen Querschnitt über die gesamte Länge konstant ist.
  3. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Wärmetauscher (2) ein Rohr ist, dessen Querschnitt zwischen Pulsrohr (1) und Trägheitsrohr (3) stetig ansteigt.
  4. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Wärmetauscher (2) ein Rohr ist, dessen Querschnitt vom Pulsrohr (1) aus zunächst stetig ansteigt und danach im Bereich der Länge des Rohres in einen konstanten Querschnitt übergeht.
  5. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen ansteigendem und stetigem Querschnitt in der Mitte der Länge des Rohres ist.
  6. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsgas ein Gasgemisch verwendet wird.
  7. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnungen zur Steigerung der Kälteleistung parallel kaskadiert sind.
  8. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnungen zur Verringerung der Arbeitstemperatur seriell kaskadiert sind.
  9. Pulse-Tube-Kaltkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tieftemperaturstufen mit einem Phasenschieber ausgestattet sind, welcher zur Steigerung der Effekte über die Vergrößerung der Gasdichte mit einem Reservoir auf dem Tieftemperaturniveau der seriell nächstgelegenen Stufe verbunden ist.
EP10005476.6A 2009-05-27 2010-05-27 Pulse-Tube-Kaltkopf Withdrawn EP2256437A3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910022933 DE102009022933B4 (de) 2009-05-27 2009-05-27 Pulse-Tube-Kaltkopf

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2256437A2 true EP2256437A2 (de) 2010-12-01
EP2256437A3 EP2256437A3 (de) 2015-01-07

Family

ID=42799714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10005476.6A Withdrawn EP2256437A3 (de) 2009-05-27 2010-05-27 Pulse-Tube-Kaltkopf

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2256437A3 (de)
DE (1) DE102009022933B4 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106996655A (zh) * 2017-02-28 2017-08-01 浙江大学 一种带有套管式惯性管的脉管制冷机
CN109442798A (zh) * 2018-12-05 2019-03-08 湖南迈太科医疗科技有限公司 制冷系统、闭环制冷循环回路及注入制冷剂的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002106992A (ja) 2000-09-28 2002-04-10 Cryodevice Inc パルス管冷凍機の位相調整手段
DE10051115A1 (de) 2000-10-14 2002-04-25 Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh Pulse-Tube-Kühler
US6442947B1 (en) 2001-07-10 2002-09-03 Matthew P. Mitchell Double inlet arrangement for pulse tube refrigerator with vortex heat exchanger
US20090107150A1 (en) 2007-10-31 2009-04-30 Yuan Sidney W Inertance tube and surge volume for pulse tube refrigerator

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100367617B1 (ko) * 2001-02-09 2003-01-10 엘지전자 주식회사 맥동관 냉동기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002106992A (ja) 2000-09-28 2002-04-10 Cryodevice Inc パルス管冷凍機の位相調整手段
DE10051115A1 (de) 2000-10-14 2002-04-25 Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh Pulse-Tube-Kühler
US6442947B1 (en) 2001-07-10 2002-09-03 Matthew P. Mitchell Double inlet arrangement for pulse tube refrigerator with vortex heat exchanger
US20090107150A1 (en) 2007-10-31 2009-04-30 Yuan Sidney W Inertance tube and surge volume for pulse tube refrigerator

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106996655A (zh) * 2017-02-28 2017-08-01 浙江大学 一种带有套管式惯性管的脉管制冷机
CN106996655B (zh) * 2017-02-28 2019-05-07 浙江大学 一种带有套管式惯性管的脉管制冷机
CN109442798A (zh) * 2018-12-05 2019-03-08 湖南迈太科医疗科技有限公司 制冷系统、闭环制冷循环回路及注入制冷剂的方法
CN109442798B (zh) * 2018-12-05 2024-04-09 湖南迈太科医疗科技有限公司 制冷系统、闭环制冷循环回路及注入制冷剂的方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009022933B4 (de) 2011-09-01
EP2256437A3 (de) 2015-01-07
DE102009022933A1 (de) 2010-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4234678C2 (de) Reversible Schwingrohr-Wärmekraftmaschine
DE60127213T2 (de) Hybrider, zweistufiger stossrohrkühler
DE112005003132B4 (de) Kroygener Kühler mit verringerter Eingangsleistung
DE60109615T2 (de) Gerät zur erzielung einer temperaturstabilisierung in einem zweistufigen tieftemperaturkühler
EP1818628A2 (de) Hybrid-Wärmepumpe/Kältemaschine mit magnetischer Kühlstufe
DE60010175T2 (de) Stirling und Pulsrohr vereinigender hybrider Entspanner mit Einzelmedium
US9714776B2 (en) Multistage pulse tube coolers
US8397520B2 (en) Phase shift devices for pulse tube coolers
EP0890063B1 (de) Mehrstufige tieftemperaturkältemaschine
WO1997022839A1 (de) Tieftemperatur-refrigerator mit einem kaltkopf sowie verfahren zur optimierung des kaltkopfes für einen gewünschten temperaturbereich
DE102009022933B4 (de) Pulse-Tube-Kaltkopf
DE10061922C2 (de) Periodisch arbeitende Kältemaschine
Dang et al. A single-stage Stirling-type pulse tube cryocooler achieving 1080 W at 77 K with four cold fingers driven by one linear compressor
EP2312239A2 (de) Compound-Pulse-Tube-Kühler
US7174721B2 (en) Cooling load enclosed in pulse tube cooler
Gao et al. A hybrid two-stage refrigerator operated at temperatures below 4K
DE3943640C2 (de) Mehrstufige Gaskältemaschine
Dang et al. Performance investigation on SITP’s 60K high frequency single-stage coaxial pulse tube cryocoolers
US10126023B2 (en) Multistage pulse tube coolers
Shen et al. A new correlation of friction factor for oscillating flow regenerator operating at high frequencies
Gujarati et al. Development and Experimental Investigations on Two Stage GM Type Pulse Tube Refrigerator for 20 K Applications
Badgujar et al. Experimental investigations on Stirling type two stage pulse tube cryocooler with U type configuration
Ravikumar et al. Experimental results of pulse tube cooler with inertance tube as phase shifter
DE10051115A1 (de) Pulse-Tube-Kühler
DE19838965B4 (de) Gaskältemaschine

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME RS

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME RS

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: F25B 9/14 20060101AFI20141128BHEP

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150708