JP2000035253A - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置

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JP2000035253A
JP2000035253A JP10203263A JP20326398A JP2000035253A JP 2000035253 A JP2000035253 A JP 2000035253A JP 10203263 A JP10203263 A JP 10203263A JP 20326398 A JP20326398 A JP 20326398A JP 2000035253 A JP2000035253 A JP 2000035253A
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heat exchanger
circuit
pressure
cooling
low
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Hideo Mita
英夫 三田
Akira Hirano
明良 平野
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の冷却装置と同等以上の冷却効率を維持し
たまま、信頼性が高く、長時間の連続運転を可能にす
る。 【解決手段】低温部に可動部を持たないパルス管冷凍機
Ａ１と、被冷却体８３を冷却する低温部に可動部を持た
ない冷却回路７２から成る冷却装置で、パルス管６８に
は分流熱交換器８２が熱接触される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス管冷凍機に
より寒冷を得て、被冷却体を冷却する冷却装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明に関する蓄冷式の冷凍機による冷
却装置としては、例えば図１３に示す特開平８−６１７
９８号公報に開示されている様な構成になっている。図
１３に示す前記冷却装置は、単動２ピストン型の冷凍機
１１と、被冷却体２５を冷却するための冷却回路２７と
から構成されている。
【０００３】単動２ピストン型の冷凍機１１は、ピスト
ン６が収嵌された圧縮シリンダ９と、ピストン１０が収
嵌された膨張シリンダ１３と、上記圧縮シリンダ９の圧
縮室１と連通された冷却器２と、該冷却器２と連通した
蓄冷器３と、該蓄冷器３と上記膨張シリンダ１３の膨張
室５とを連通した配管４とを主体に構成され、上記圧縮
シリンダ９のピストン６と膨張シリンダ１３のピストン
１０とは、それぞれロッド８、１２を介して例えばクラ
ンク機構と電動機からなる動力装置７によって駆動され
るようになっている。動力装置７は、両ピストン６、１
０を所定の相対的位相差、例えば９０°で往復駆動す
る。
【０００４】冷却回路２７は、ポンプ等の圧送手段２０
と、被冷却体２５の冷却用熱交換器２４との間で冷媒を
流動させる主回路３２が基本構成となり、該圧送手段２
０の吐出側から該冷却用熱交換器２４への冷媒の流路は
高圧側回路２７ａをなし、該冷却用熱交換器２４から該
圧送手段２０の吸入口への冷媒の流路は低圧側回路２７
ｂをなしている。
【０００５】高圧側回路２７ａと低圧側回路２７ｂと
は、圧送手段２０の吐出側と吸入側で向流的に冷媒を熱
接触させる向流型熱交換器２８、２９で熱接触されてい
る。向流型熱交換器２８の高圧側流路２８ａは、蓄冷器
３の低温端に熱接触された予冷熱交換器２２に接続さ
れ、該予冷熱交換器２２は更に膨張室５の低温端に熱接
触された予冷熱交換器２３に接続され、予冷熱交換器２
３が上記冷却用２４に直接に寒冷を伝達している。
【０００６】従来の実施例では、圧送手段２０の吐出側
と向流型熱交換器２９との間の分岐点Ｐ１から分岐して
向流型熱交換器２８、２９間の合流点Ｐ２に合流する分
岐回路３１を設けている。分岐回路３１は、向流型熱交
換器２９下流側の高圧側流路２９ａへ流入させる冷媒の
流量を調整するための絞り３０と、該絞り３０を経た冷
媒を上記蓄冷器の高温端と低温端の間に熱接触された分
流熱交換器２１からなり、向流型熱交換器２９の高温側
流路２９ａに対して並列に設けられる。
【０００７】次に従来の冷却装置の動作を説明する。圧
縮シリンダ９のピストン６は、膨張シリンダ１３のピス
トン１０より９０°遅れた位相で動作する。ピストン６
の圧縮により、作動媒体は圧縮室１で約３００Ｋとな
り、冷却器２を通る間にほぼ室温に冷却される。次に蓄
冷器３を通過する時、該蓄冷器３内の蓄冷材によって流
れの方向Ａに対応して徐々に低温に冷却され、更に、配
管４を通り、膨張室５に流入しようとする。ここで、ピ
ストン１０が膨張室５を拡げるように動作し、膨張室５
に更に低温の寒冷が生成される。続いて、ピストン１０
の膨張室５を狭める動作により、作動媒体は方向Ｂに示
すように圧縮室１に流入する。このようにして冷凍機１
１の１サイクルが形成される。
【０００８】冷却回路２７の冷媒は、圧送手段２０によ
り圧送され、吐出側より分岐回路３１と向流型熱交換器
２９の高圧側流路２９ａとに分流する。向流型熱交換器
２９の高圧側流路２９ａに流入した冷媒は、該高圧側流
路２９ａで低圧側流路２９ｂの冷媒によって冷却され
る。分岐回路３１に流入した冷媒は、絞り３０を介して
分流熱交換器２１に流入し、蓄冷器３中を往復流動する
作動媒体によって冷却される。
【０００９】分流熱交換器２１で冷却された冷媒は、合
流点Ｐ２で向流型熱交換器２９の高圧側流路２９ａから
の冷媒と合流して、向流型熱交換器２８の高温側流路２
８ａに流入し、低温側流路２８ｂの冷媒によって冷却さ
れる。更に、向流型熱交換器２８の高温側流路２８ａを
経た冷媒は、予冷熱交換器２２で蓄冷器３の低温端を寒
冷源として冷却され、引き続き予冷熱交換器２３で膨張
室５の低温端を寒冷源として冷却される。こうして冷却
後の冷媒は、圧送手段２０の動作の下、冷却用熱交換器
２４で被冷却体２５に寒冷を伝達して向流型熱交換器２
８の低圧側流路２８ｂに戻る。以上の冷媒の挙動によれ
ば、圧送手段２０から吐出された冷媒は、主回路３２に
おける向流型熱交換器２９の高圧側流路２９ａと分岐回
路３１の寒冷伝達用熱交換器２１とに分岐され、向流型
熱交換器２９の低圧側流路２９ｂを流れる冷媒の流量
を、高圧側流路２９ａを流れる冷媒の流量より多くで
き、向流型熱交換器２９での冷却効率が高められる。
【００１０】一方、分流熱交換器２１は、作動媒体の流
動により蓄冷器３の高温端と低温端の間に熱接触される
ので、圧送手段２０から分岐回路３１に吐出された高圧
で高温の冷媒を、高温側から低温側の順に連続的に作動
媒体と熱交換できる。このことは、分岐回路３１中での
冷却効率を高めることになる。
【００１１】従って、圧送手段２０を経た高圧の冷媒の
一部を向流型熱交換器２９から分岐しても、その一部の
冷媒が分流熱交換器２１で効率良く冷却され、向流型熱
交換器２９で高圧側の冷媒の温度をより低くするため、
被冷却体２５に対する冷却能力を高めることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ものは冷凍機１１の低温部に寒冷を発生するための往復
運動するピストン１０が配設されるため、ピストン１０
に取り付けられたピストンリング１４の耐久寿命、ピス
トンリング１４、１５の摩耗粉の堆積、冷却装置の振
動、ピストン１０と膨張シリンダ１３とが接触するとい
った耐久・信頼性に欠ける問題がある。
【００１３】本発明の目的は、低温部に往復運動するピ
ストン等の可動部の無いパルス管冷凍機と冷却回路を用
いることにより、従来と同等以上の冷却効率を維持した
まま、信頼性が高く、長時間の連続運転が可能な冷却装
置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、常温
環境下に配設された作動媒体を圧縮、膨張させる圧力振
動源と、該圧力振動源と連通した蓄冷器と、該蓄冷器と
連通したパルス管と、該パルス管と連通した放熱器を有
するパルス管冷凍機と、前記パルス管冷凍機に熱接触さ
れた冷媒が流動する冷却回路であって、常温環境下に配
設された冷媒を流動させる圧送手段と、被冷却体に熱接
触された冷却手段と、前記圧送手段の吐出側と前記冷却
手段とを結ぶ高圧側回路と、前記冷却手段と前記圧送手
段の吸込側とを結ぶ低圧側回路と、前記高圧側回路を流
れる冷媒と前記低圧側回路を流れる冷媒とを熱接触させ
る向流型熱交換器を有する主回路と、前記圧送手段と前
記向流型熱交換器との間の高圧側回路から分岐して前記
向流型熱交換器と前記冷却手段との間の前記高圧側回
路、又は前記低圧側回路に合流する回路であって、作動
媒体の流動により前記蓄冷器の高温端と低温端の間に熱
接触された分流熱交換器、又は前記パルス管の高温端と
低温端の間に熱接触された分流熱交換器の少なくともい
ずれか一方を有する分岐回路と、から構成されたことを
特徴とする。
【００１５】請求項１の発明では、低温部にピストンリ
ング等の可動部がないパルス管冷凍機と冷却回路から冷
却装置が構成されるため、耐久・信頼性が向上し、また
分岐回路の分流熱交換器から吸熱するため、従来の冷却
装置と同等以上の冷却効率を得ることができる。
【００１６】請求項２の発明は、前記向流型熱交換器と
前記冷却手段の間の前記高圧側回路にジュール・トムソ
ン弁が配設されたことを特徴とする。
【００１７】請求項２の発明では、低温部にピストンリ
ング等の可動部がないパルス管冷凍機と、ジュール・ト
ムソン弁を含む冷却回路から冷却装置が構成されるた
め、耐久・信頼性が向上し、冷媒の液化装置としても使
用できる。また分岐回路の分流熱交換器から吸熱するた
め、従来の冷却装置と同等以上の冷却効率を得ることが
できる。
【００１８】請求項３の発明は、作動媒体を圧縮、膨張
させる圧力振動源にバルブ方式を用いたことを特徴とす
る。
【００１９】請求項３の発明では、圧力振動源にバルブ
方式を用いるため、パルス管冷凍機内にピストンリング
等の可動部を無くすことができる。そのため冷却装置の
耐久性を向上することができる。また冷却装置内に振動
等を発生させるピストンが無いため、振動が問題となる
ような用途にも使用することができる。
【００２０】請求項４の発明は、作動媒体を圧縮、膨張
させる圧力振動源にオリフィス方式を用いたことを特徴
とする。
【００２１】請求項４の発明では圧力振動源のバルブ数
を減らすことができ、構造が簡単になるため、冷却装置
の信頼性が向上する。
【００２２】請求項５の発明は、作動媒体を圧縮、膨張
させる圧力振動源にバルブ方式とオリフィス方式を組み
合わせたことを特徴とする。
【００２３】請求項５の発明ではオリフィスとバルブに
より、パルス管冷凍機内の作動媒体の圧力変動と位相変
動を積極的に行うため、パルス管冷凍機の冷凍能力を高
めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】第１実施例 以下、本発明に係る冷却装置を各具体的な実施例により
詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例で、低温部
に可動部を持たないパルス管冷凍機Ａ１と、被冷却体８
３を冷却するための低温部に可動部を持たない主回路Ｂ
１から構成されている。
【００２５】常温環境下に配設された圧力振動源の圧縮
手段５１の吐出側は、高圧配管５６、５７を介し高圧切
換弁５２、５３に連通しており、圧縮手段５１の吸込側
は低圧配管５８、５９を介し、それぞれ低圧切換弁５
４、５５に連通している。
【００２６】高圧切換弁５２、５３、低圧切換弁５４、
５５はパルスモータ等の駆動部５０に接続され、各々の
高圧切換弁５２、５３、低圧切換弁５４、５５があるタ
イミングで開閉するようになっている。高圧切換弁５
２、低圧切換弁５４はそれぞれ配管６０、６２を介し、
蓄冷器６６の高温端に連通している。高圧切換弁５３、
低圧切換弁５５もそれぞれ配管６１、６３を介し流量を
調整する絞り６４の一端に連通し、絞り６４の他端は放
熱器４０に連通していて、放熱器４０の他端はパルス管
６８の高温端に連通している。
【００２７】パルス管６８の低温端は配管６７を介し、
蓄冷器６６の低温端と連通している。圧縮手段５１、高
圧切換弁５２、５３、低圧切換弁５４、５５と、駆動部
５０は、常温の雰囲気に配設してある。このようにして
パルス管冷凍機Ａ１が構成されている。
【００２８】上記パルス管冷凍機の作動状態は、駆動部
５０で駆動される高圧切換弁５２、５３、低圧切換弁５
４、５５により、図１２に示すような開閉を繰り返す。
その操作に伴う内部の作動媒体の状態は、時間的に次の
ａ〜ｄの４つの過程に区分される。各過程毎に詳述する
と、過程ａ 高圧切換弁５２が開、低圧切換弁５４が閉の時、圧縮手
段５１よって圧縮された作動媒体は、順次高圧配管５
６、高圧切換弁５２、配管６０を通過して蓄冷器６６に
流入する。蓄冷器６６に流入した作動媒体は、蓄冷器６
６内の冷えた蓄冷材で冷却され、配管６７を通りパルス
管６８に流入する。
【００２９】過程ｂ 低圧切換弁５５が開、高圧切換弁５３が閉の時、パルス
管６８に流入した作動媒体は、パルス管６８の軸方向の
連続した温度の作動媒体を押しのけて略等温的な膨張仕
事をし、高温側のパルス管６８内の作動媒体は、順次放
熱器４０、配管６５、絞り６４、低圧切換弁５５、低圧
配管５９を通過して圧縮手段５１の吸込側に流入する。
この時、パルス管６８の軸方向に連続した温度の寒冷が
生成される。
【００３０】過程ｃ 低圧切換弁５４が開、高圧切換弁５２が閉の時、パルス
管６８内の作動媒体は、順次配管６７、蓄冷器６６、配
管６２、低圧切換弁５４、低圧配管５８を通過して圧縮
手段５１の吸込側にもどる。
【００３１】過程ｄ 高圧切換弁５３が開、低圧切換弁５５が閉の時、圧縮手
段５１よって圧縮された作動媒体は、順次高圧配管５
７、高圧切換弁５３、配管６１、絞り６４、配管６５、
放熱器４０を通過して、パルス管６８に流入する。
【００３２】以上の過程ａ〜ｄを１サイクルとし、これ
を繰り返すことにより寒冷を発生する。
【００３３】主回路Ｂ１は、常温環境下に配設された圧
送手段７１と、被冷却体８３の冷却用熱交換器７７との
間で冷媒を流動させる主回路が基本構成となり、圧送手
段７１の吐出側から冷却用熱交換器７７への冷媒の流路
は高圧側回路７２ａをなし、冷却用熱交換器７７から圧
送手段７１の吸込側への冷媒の流路は低圧側回路７２ｂ
をなしている。
【００３４】高圧側回路７２ａと低圧側回路７２ｂと
は、圧送手段７１の吐出側と吸込側で向流的に冷媒を熱
接触させる向流型熱交換器７３、７４とで熱接触されて
いる。向流型熱交換器７４の高圧側流路７４ａは、蓄冷
器６６の低温端に熱接触された予冷熱交換器７５に接続
され、予冷熱交換器７５は更にパルス管６８の低温端に
熱接触された予冷熱交換器７６に接続され、予冷熱交換
器７６が冷却用熱交換器７７に接続され、冷却用熱交換
器７７が被冷却体８３に寒冷を伝達している。
【００３５】本実施例の特徴は、圧送手段７１の吐出側
と向流型熱交換器７３との間の分岐点Ｑ１から分岐して
向流型熱交換器７３と向流型熱交換器７４との間の合流
点Ｑ２に合流する分岐回路Ｃ１を設ける点にある。
【００３６】分岐回路Ｃ１は、圧送手段７１の吐出側に
接続された配管７８と、向流型熱交換器７３の下流の高
圧側７３ａへ流入させる冷媒の流量を調整するための絞
り７９、８０と、絞り７９、８０を経た冷媒をそれぞれ
蓄冷器の常温から低温に変化する部分に熱接触された分
流熱交換器８１と、パルス管の常温から低温に変化する
部分に熱接触された分流熱交換器８２とからなり、向流
型熱交換器７３の高圧側流路７３ａに対して並列に設け
られている。
【００３７】主回路Ｂ１の冷媒は、常温環境に配設され
た圧送手段７１により吐出側より分岐回路Ｃ１と向流型
熱交換器７３の高圧側流路７３ａとに分流する。向流型
熱交換器７３の高圧側流路７３ａに流入した冷媒は、高
圧側流路７３ａで低圧側流路７３ｂの冷媒によって冷却
される。分岐回路Ｃ１に流入した冷媒は、絞り７９、８
０を通って分流熱交換器８１、分流熱交換器８２に流入
し、それぞれ、蓄冷器６６の高温側から低温側に変化す
る部分と、パルス管６８の高温側から低温側に変化する
部分とに熱接触され、蓄冷器６６内とパルス管６８内を
往復流動する冷媒によって冷却される。
【００３８】分流熱交換器８１、分流熱交換器８２で冷
却された冷媒は、合流点Ｑ２で向流型熱交換器７３の高
圧側流路７３ａからの冷媒と合流して、向流型熱交換器
７４の高圧側流路７４ａに流入し、低温側流路７４ｂの
冷媒によって冷却される。
【００３９】更に、向流型熱交換器７４の高圧側流路７
４ａを経た冷媒は、予冷熱交換器７５で蓄冷器６６の低
温端を寒冷源として冷却され、引き続き予冷熱交換器７
６でパルス管６８の低温端を寒冷源として冷却される。
【００４０】冷却後の冷媒は、冷却用熱交換器７７で被
冷却体８３に寒冷を伝達して、向流型熱交換器７４の低
圧側流路７４ｂに流入し、向流型熱交換器７４の低圧側
流路７４ｂから向流型熱交換器７３の低圧側流路７３ｂ
に流入して、圧送手段７１の吸込側に戻る。
【００４１】作動媒体の挙動は、常温環境に配設された
圧縮手段５１によって圧縮され、蓄冷器６６の低温端か
ら流入する作動媒体でパルス管内の作動媒体を押しのけ
ることにより寒冷を発生する。
【００４２】本実施例では、パルス管冷凍機Ａ１は、低
温部に寒冷を発生させるための機械的な可動部を持たな
い。
【００４３】また、常温環境下に配設された圧送手段７
１によって圧送された冷媒も、パルス管冷凍機Ａ１で発
生した寒冷を分流熱交換器８１、分流熱交換器８２と、
予冷熱交換器７５、７６で受けとり、冷却用熱交換器７
７で被冷却体８３を冷却するので、冷却回路７２も低温
部には機械的な可動部を持たない。
【００４４】上記のように、低温部に可動部を持たない
パルス管冷凍機Ａ１と、被冷却体８３を冷却するための
低温部に可動部を持たない冷却回路７２とから構成され
た本発明の冷却装置は、従来の冷却装置に比べ信頼性が
高くなる。
【００４５】更に、パルス管６８に分流熱交換器８２を
熱接触させるので、従来のこの種の冷却装置と比べて冷
却効率が向上する。
【００４６】図２は第１実施例の変形例で、パルス管６
８にのみ分流熱交換器８２が熱接触している例である。
図２の変形例では、蓄冷器６６に図１に示す分流熱交換
器８１が無いため、構成が単純になる。
【００４７】図３は第１実施例の変形例で、蓄冷器６６
にのみ分流熱交換器８１が熱接触している例である。図
３の変形例では、パルス管６８に図１に示す分流熱交換
器８２が無いため、構成が単純になる。
【００４８】図４は第１実施例の変形例で、蓄冷器６６
の高温側に分流熱交換器８１ａを熱接触させ、パルス管
６８の低温側に分流熱交換器８２ａを熱接触させ、分流
熱交換器８１ａの低温端と分流熱交換器８２ａの高温端
を連通させる。このとき分流熱交換器８１ａの低温側の
温度と、分流熱交換器８２ａの高温側の温度がほぼ等し
くなるように設置してある。本実施例では蓄冷器６６と
パルス管６８の両方から寒冷を受け取ることができる。
【００４９】図１の第１実施例、および図２、図３、図
４の第１実施例の変形例では、分岐回路Ｃ１は分岐点Ｑ
１、Ｑ２で主回路Ｂ１に接続しているが、図１、図２、
図３、図４の点線で示すように、圧送手段７１の吐出側
と、向流型熱交換器７３の低圧側流路７３ｂと向流型熱
交換器７４の低圧側流路７４ｂの間の分岐点Ｑ３とに接
続してもよい。
【００５０】第２実施例 図５の実施例は、冷却回路１０２にジュール・トムソン
弁１０９を有する主回路Ｂ２を適用したもので、請求項
２の発明に相当する。本実施例のパルス管冷凍機Ａ２
は、蓄冷器６６が蓄冷器６６ａと蓄冷器６６ｂとから構
成された２段の形態を採り、これに対応してパルス管６
８ａと６８ｂが配設され、パルス管６８ａと６８ｂの高
温端はそれぞれ放熱器４０ａ、４０ｂと連通し、放熱器
４０ａ、４０ｂの他端は絞り６４ａ、６４ｂに連通して
いる。
【００５１】更に、絞り６４ａは順次、配管６１ａ、６
３ａ、高圧切換弁５３ａ、低圧切換弁５５ａ、高圧配管
５７ａと低圧配管５９ａに接続される。高圧配管５７ａ
は圧縮手段５１の吐出側へ、低圧配管５９ａは圧縮手段
５１の吸込側に接続される。
【００５２】絞り６４ｂも順次、配管６１ｂ、６３ｂ、
高圧切換弁５３ｂ、低圧切換弁５５ｂ、高圧配管５７ｂ
と低圧配管５９ｂに接続され、高圧配管５７ｂは圧縮手
段５１の吐出側へ、低圧配管５９ｂは圧縮手段５１の吸
込側に接続される。
【００５３】高圧切換弁５２、５３ａ、５３ｂ、低圧切
換弁５４、５５ａ、５５ｂは駆動部５０に接続される。
また、パルス管６８ａと６８ｂの低温端には、それぞれ
コールドヘッド６９ａ、６９ｂが連通され、コールドヘ
ツド６９ａ、６９ｂは配管６７ａ、６７ｂを介して蓄冷
器６６ａ、６６ｂに接続される。
【００５４】可動部を有する圧縮手段５１と、高圧切換
弁５２、５３ａ、５３ｂ、低圧切換弁５４、５５ａ、５
５ｂと、駆動部５０は常温環境下に配設されている。
【００５５】ジュール・トムソン弁１０９は、液体ヘリ
ウム温度の寒冷を発生させ、被冷却体１１１を冷却した
り、あるいは液化した冷媒（たとえば液体へリウム）を
生成する液化装置として利用することが出来る。
【００５６】被冷却体１１１は液溜め１１０にジュール
・トムソン弁１０９の吐出側より生成される液体した冷
媒に浸漬され、液溜め１１０に侵入する熱で気化された
冷媒は、低圧側回路１０２ｂに各配設された向流型熱交
換器１０６、１０５、１０４、１０３の各低圧側流路１
０６ｂ、１０５ｂ、１０４ｂ、１０３ｂを順次通過し、
高圧側流路１０６ａ、１０５ａ、１０４ａ、１０３ａを
流れる冷媒を冷却して、一部はタンク１１２に戻り、圧
送手段１０１に吸入される。又、タンク１１２は冷媒を
溜めるためのもので、自動開閉弁１１３ｂは主回路内に
冷媒が不足している場合に開放し、自動開閉弁１１３ａ
は主回路内に冷媒が余っている場合に開放する。尚、第
１実施例と同様に、液溜め１１０を設けずに被冷却体１
１１を冷却用熱交換器に熱接触させることで冷却しても
よい。
【００５７】常温環境下に配設され圧送手段１０１は、
向流型熱交換器１０３の高圧側流路１０３ａと、絞り１
２１、１２２、分流熱交換器１２３ａ、１２３ｂ、分流
熱交換器１２４ａ、１２４ｂからなる分岐回路Ｃ２とに
冷媒を分流する。
【００５８】向流型熱交換器１０３の高圧側流路１０３
ａを経た冷媒は、順次コールドヘッド６９ａに熱接触さ
れた予冷熱交換器１０７、向流型熱交換器１０４の高圧
側流路１０４ａを通過し、合流点Ｑ２で分岐回路Ｃ２か
ら流入する冷媒と合流して、向流型熱交換器１０５の高
圧側流路１０５ａ、コールドヘツド６９ｂに熱接触され
た予冷熱交換器１０８、向流型熱交換器１０６の高圧側
流路１０６ａ、ジュール・トムソン弁１０９へ流入し、
そこで高圧から低圧に膨張（等エンタルピ膨張）し、冷
媒の１部が液化して、液溜め１１０に流入する。
【００５９】一方、圧送手段１０１の吐出側から分岐回
路Ｃ２へ分流した冷媒は、絞り１２１と絞り１２２に別
れ、それぞれ分流熱交換器１２３、１２４を通過し、蓄
冷器６６ａ、６６ｂとパルス管６８ａ、６８ｂで冷却さ
れ、再ぴ合流して合流点Ｑ２に流入する。尚、この実施
例においても、分岐回路Ｃ２の合流点Ｑ２は、向流型熱
交換器１０４の低圧側流路１０４ｂと向流型熱交換器１
０５の低圧側流路１０５ｂの間の合流点Ｑ３にあっても
よい。
【００６０】上記冷却装置のパルス管冷凍機Ａ２も、第
1実施例と同様の動作で、蓄冷器６６ａ、６６ｂ、パル
ス管６８ａ、６８ｂに作動媒体を往復流動させて寒冷を
発生する。
【００６１】作動媒体の挙動は、常温環境に配設された
圧縮手段５１によって圧縮され、蓄冷器６６ａ、６６ｂ
の低温端から流入する作動媒体で、それぞれパルス管６
８ａ、６８ｂ内の作動媒体を押しのけことにより寒冷を
発生する。従って、低温部には寒冷を発生させるための
機械的な可動部を持たないので、従来のこの種の冷凍機
に比べて信頼性は高くなる。
【００６２】また、常温環境下に配設された圧送手段１
０１によって圧送された冷媒は、高圧側回路１０２ａと
分岐回路Ｃ２に分岐し、高圧側回路１０２ａに流入した
冷媒は、予冷熱交換器１０７、１０８でパルス管冷凍機
Ａ２の生成した寒冷を受けとり、分岐回路Ｃ２に流入し
た冷媒は、パルス管冷凍機Ａ２で発生した寒冷を分流熱
交換器１２３、１２４を介して受けとり、合流点Ｑ２で
高圧側回路１０２ａを流れる冷媒と合流点Ｑ２で合流
し、ジュール・トムソン弁１０９で膨張し、冷媒の一部
が液化する。この液で被冷却体１１１を冷却するので、
冷却回路１０２も低温部には機械的な可動部を持たな
い。
【００６３】上記から、低温部に可動部を持たないパル
ス管冷凍機Ａ２と、被冷却体１１１を冷却する低温部に
可動部を持たない冷却回路１０２から構成された本発明
の冷却装置は、従来のこの種の冷却装置に比べ信頼性が
高くなる。更に、分流熱交換器がパルス管に熱接触され
ているので冷却効率が向上する。
【００６４】第２実施例の変形例 図６は第２実施例の変形例で、分流熱交換器１２４ａ、
１２４ｂがそれぞれパルス管６８ａ、６８ｂに熱接触さ
れており、蓄冷器６６には分流熱交換器が無い実施例で
ある。その他の構成は、図５の第２実施例と同様であ
る。図５の第２実施例と比較し、構成が簡単になる。
【００６５】図７も第２実施例の変形例で、分流熱交換
器１２３ａ、１２３ｂが蓄冷器６６ａ、６６ｂに熱接触
しており、パルス管６８ａ、６８ｂには分流熱交換器が
ない実施例である。その他の構成は、図５の第２実施例
と同様である。図５の第２実施例と比較し、構成が簡単
になる。
【００６６】図８も第２実施例の変形例で、蓄冷器６６
ａに熱接触された分流熱交換器１２３ａの低温端部と、
パルス管６８ｂの途中に熱接触された分流熱交換器１２
４ｂの高温端部を連通した実施例である。このとき蓄冷
器６６ａの分流熱交換器１２３ａの低温端部と、パルス
管６８ｂの分流熱交換器１２４ｂの高温端部の温度が、
ほぼ同じになるように分流熱交換器１２４ｂを設置す
る。本実施例では蓄冷器６６とパルス管６８の両方から
寒冷を得ることができる。その他の構成は、図５の第２
実施例と同様である。図５の第２実施例と比較し、構成
が簡単になる。
【００６７】図９も第２実施例の変形例で、蓄冷器６６
ａ、６６ｂの低温端に、それぞれコールドへツド７０
ａ、７０ｂを設け、図５の第２実施例の予例熱交換器１
０７、１０８をコールドヘッド７０ａ、７０ｂに熱接触
させる。分流熱交換器１２４ａ、１２４ｂはそれぞれパ
ルス管６８ａ、６８ｂに熱接触しており、更に、分流熱
交換器１２４ａ、１２４ｂの低温側をパルス管６８ａ、
６８ｂの低温端に設けたコールドヘッド６９ａ、６９ｂ
に熱接触させ、予冷熱交換器１０８の入口に設けた分岐
回路の合流点Ｑ２に接続する。
【００６８】この様にすることで、分流熱交換器１２４
ｂから流出する冷媒の温度は、予冷熱交換器１０８を流
れる冷媒の温度とほぼ等しくなるので、図５の第２実施
例の向流型熱交換器１０５を無くすことができる。その
他の構成は、図５の第２実施例と同様である。
【００６９】図６、図７、図８で示される第２実施例の
変形例では、分岐回路Ｃ１は、分岐点Ｑ１、合流点Ｑ２
に接続しているが、点線にて示すように、合流点Ｑ３、
すなわち、圧送手段７１の吐出側と向流型熱交換器１０
４と１０５の各低圧側流路１０４ｂ、１０５ｂにおける
合流点Ｑ３に接続してもよい。
【００７０】また、絞り６４ａ、６４ｂ、１１３ａ、１
１３ｂは、手動或いは電気信号により制御できる調整弁
でも良い。更に、分岐回路の流路の面積を適当に決定す
れぱ絞り６４ａ、６４ｂを設ける必要はない。
【００７１】実施例は、全てパルス管冷凍機の段数が何
段でも良い。
【００７２】本実施例ではパルス管６８の常温側の圧力
振動源はダブルインレットの４バルブ方式であるが、図
１０のバッファタンク４１を用いたオリフィス方式、図
１１のダブルインレットの４バルブ方式とオリフィス方
式を組み合わせたもの、ベイシック方式、フェイズシフ
タ一方式等のいずれの場合でも良い。
【００７３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、低
温部に機械的な可動部を持たないパルス管冷凍機と、低
温部に機械的な可動部を持たない冷却回路から冷却装置
が構成されるため、従来問題とされていた低温部で可動
するピストンリングの耐久寿命による交換や、ピストン
リング類の摩耗粉の堆積、冷却装置の振動、またピスト
ンと膨張シリンダの接触による性能低下といった問題を
解決することができる。従って従来のこの種の冷却装置
に比べて、信頼性が高く、長時間の連続運転を可能にで
きる。
【００７４】また、パルス管に分流熱交換器を熱接触さ
せることにより、従来のこの種の冷却装置と比べて、同
等以上の冷却効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例を具現した、冷却装置の概念図であ
る。
【図２】第１実施例の変形例を具現した、冷却装置の概
念図である。
【図３】第１実施例の変形例を具現した、冷却装置の概
念図である。
【図４】第１実施例の変形例を具現した、冷却装置の概
念図である。
【図５】第２実施例を具現した、冷却装置の概念図であ
る。
【図６】第２実施例の変形例を具現した、冷却装置の概
念図である。
【図７】第２実施例の変形例を具現した、冷却装置の概
念図である。
【図８】第２実施例の変形例を具現した、冷却装置の概
念図である。
【図９】第２実施例の変形例を具現した、冷却装置の概
念図である。
【図１０】本実施例の変形例を具現した、パルス管冷凍
機の圧力振動源の概念図である。
【図１１】本実施例の変形例を具現した、パルス管冷凍
機の圧力振動源の概念図である。
【図１２】本実施例のパルス管冷凍機の切換弁の１サイ
クルの開閉状態を示した図である。
【図１３】従来の冷却装置を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ１…パルス管冷凍機 Ｂ１…主回路 Ｃ１…分岐回路 ４０…放熱器 ５０…駆動部 ５１…圧縮手段 ６６…蓄冷器 ６８…パルス管 ７１…圧送手段 ７２…冷却回路 ７２ａ…高圧側回路 ７２ｂ…低圧側回路 ７３、７４…向流型熱交換器 ７７…冷却用熱交換器（冷却手段） ８１、８２…分流熱交換器 ８３…被冷却体 １０９…ジュール・トムソン弁

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 常温環境下に配設された作動媒体を圧
    縮、膨張させる圧力振動源と、該圧力振動源と連通した
    蓄冷器と、該蓄冷器と連通したパルス管と、該パルス管
    と連通した放熱器を有するパルス管冷凍機と、 前記パルス管冷凍機に熱接触された冷媒が流動する冷却
    回路であって、常温環境下に配設された冷媒を流動させ
    る圧送手段と、被冷却体に熱接触された冷却手段と、前
    記圧送手段の吐出側と前記冷却手段とを結ぶ高圧側回路
    と、前記冷却手段と前記圧送手段の吸込側とを結ぶ低圧
    側回路と、前記高圧側回路を流れる冷媒と前記低圧側回
    路を流れる冷媒とを熱接触させる向流型熱交換器を有す
    る主回路と、 前記圧送手段と前記向流型熱交換器との間の高圧側回路
    から分岐して前記向流型熱交換器と前記冷却手段との間
    の前記高圧側回路、又は前記低圧側回路に合流する回路
    であって、作動媒体の流動により前記蓄冷器の高温端と
    低温端の間に熱接触された分流熱交換器、又は前記パル
    ス管の高温端と低温端の間に熱接触された分流熱交換器
    の少なくともいずれか一方を有する分岐回路と、 から構成されたことを特徴とする冷却装置。
  2. 【請求項２】 前記向流型熱交換器と前記冷却手段の間
    の前記高圧側回路にジュール・トムソン弁が配設された
    ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
  3. 【請求項３】 作動媒体を圧縮、膨張させる圧力振動源
    にバルブ方式を用いたことを特徴とする請求項１、２記
    載の冷却装置。
  4. 【請求項４】 作動媒体を圧縮、膨張させる圧力振動源
    にオリフィス方式を用いたことを特徴とする請求項１、
    ２記載の冷却装置。
  5. 【請求項５】 作動媒体を圧縮、膨張させる圧力振動源
    にバルブ方式とオリフィス方式を組み合わせたことを特
    徴とする請求項１、２記載の冷却装置。
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