JP2000146335A - パルス管冷凍機 - Google Patents

パルス管冷凍機

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JP2000146335A
JP2000146335A JP10311961A JP31196198A JP2000146335A JP 2000146335 A JP2000146335 A JP 2000146335A JP 10311961 A JP10311961 A JP 10311961A JP 31196198 A JP31196198 A JP 31196198A JP 2000146335 A JP2000146335 A JP 2000146335A
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Hiroshi Asami
宏 浅見
Kenichi Kanao
憲一 金尾
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression 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
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    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1408Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍能力を向上させることが可能なパルス管
冷凍機を提供する。 【解決手段】 圧縮機が、圧縮された作動ガスの供給と
回収を繰り返す。第1及び第2の端部を有するパルス管
が、らせん状の内部通路を画定する。蓄冷器が、圧縮機
とパルス管の第1の端部とを接続する。蓄冷器は、その
内部を通過する作動ガスと熱交換を行う。

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
関する。
【0002】パルス管冷凍機は、低温部に可動部分がな
く構造も簡単である。このため、振動の少ない冷凍機と
しての応用が期待されている。また、アウトガス等の汚
染物質が可動部に固着して動きを阻害することがないた
め、長寿命化も容易である。
【0003】
【従来の技術】パルス管冷凍機の基本構造及び動作原理
について説明する。
【0004】図7(A)は、基本的なパルス管冷凍機の
概略断面図を示す。パルス管30の一端(開端部)がガ
ス流路31を介して蓄冷器32に接続されている。蓄冷
器32はガス流路33を介して圧縮機34に接続されて
いる。パルス管30の他端は、完全な閉端とされてい
る。
【0005】圧縮機34から蓄冷器32へ圧縮された作
動ガスが供給され、また蓄冷器32から圧縮機34へ作
動ガスが回収される。作動ガスの供給と回収の繰り返し
により、蓄冷器32及びパルス管30内の作動ガスが、
圧力と体積を変化させながら往復運動する。この作動ガ
スの往復運動と、蓄冷器32内における熱交換により、
蓄冷器32とパルス管30とのガス流路31側の端部
(低温端)で寒冷が発生する。
【0006】図7(B)は、オリフィスパルス管冷凍機
の断面を概略図で示す。オリフィスパルス管冷凍機は、
図7(A)に示す基本型パルス管冷凍機のパルス管30
の閉端部に流路インピーダンス35を介して中間圧室3
6を設けたものである。この流路インピーダンス35と
中間圧室36は、それぞれ電気回路のインピーダンスと
コンデンサとの直列回路と同じ働きをし、作動ガスの圧
力変化と体積変化との位相差を変化させる。両者の位相
を制御することにより、冷凍能力を向上させることがで
きる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】パルス管冷凍機におい
ては、温度勾配のある作動ガスの流路中をガスが往復運
動している。流路の形状は部位によって多少異なるが、
ほぼ直線的な構造である。
【0008】特に、従来のオリフィスパルス管冷凍機の
パルス管には図7(B)に示すように、通常直管が用い
られている。高温端側の中間圧室36からパルス管30
内に流入するガスは、ジェット状に高速で噴出している
と考えられる。高温のガスが低温側に直接流入すると、
低温側の温度が上昇し、冷凍能力が低下する。
【0009】本発明の目的は、冷凍能力を向上させるこ
とが可能なパルス管冷凍機を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、圧縮された作動ガスの供給と回収を繰り返す圧縮機
と、らせん状の内部通路を画定し、第1及び第2の端部
を有するパルス管と、前記圧縮機と前記パルス管の第1
の端部とを接続し、内部を通過する作動ガスと熱交換を
行う蓄冷器とを有するパルス管冷凍機が提供される。
【0011】パルス管の内部通路がらせん状になってい
るため、高温側の作動ガスが低温側へ直接流入すること
を防止できる。このため、低温側への熱進入が低減し、
冷凍能力の向上を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるオ
リフィスパルス管冷凍機の断面図を示す。パルス管1の
一端(低温端)11がガス流路2を介して蓄冷器3の一
端(低温端)に接続されている。蓄冷器3の他端(高温
端)は、ガス流路4を介して圧縮機5に接続されてい
る。圧縮機5は、シリンダ51とピストン52を含んで
構成される。シリンダ51内をピストン52が往復運動
することにより、圧縮された作動ガスの蓄冷器3への供
給と回収とが繰り返される。圧縮機5から蓄冷器3に圧
縮された作動ガスが供給されると、蓄冷器3及びパルス
管1内の作動ガスが、圧力及び体積を変化させながら往
復運動する。
【0013】パルス管1の他端(高温端)12に、流路
抵抗を変化させることができるバルブを含む流路インピ
ーダンス6とガス配管7とを介して中間圧室8が接続さ
れている。流路インピーダンス6の流路抵抗の大きさと
中間圧室8の容積とを適度に設定することにより、作動
ガスの圧力変化と体積変化との位相差を所望の値に設定
することができる。
【0014】パルス管1は、低温端11と高温端12と
を接続する内部空間を画定する中空容器13と、その中
に挿入された内部部材15を含んで構成される。内部部
材15の表面には、らせん溝14が彫られている。中空
容器13は、例えばステンレスで形成され、内部部材1
5は熱伝導率の比較的低い材料、例えば樹脂で形成され
る。
【0015】内部部材15は、中空容器13の内壁に密
着するように挿入される。らせん溝14と中空容器13
の内壁との間に、らせん状の内部通路16が画定され
る。内部通路16は、パルス管1の低温端11側におい
てガス流路2に連通し、高温端12側において流路イン
ピーダンス6に連通している。
【0016】パルス管1の高温端12で発熱が生じ、そ
の部分の作動ガスが高温になる。作動ガスが蓄冷器3か
ら圧縮機5に回収される周期に、中間圧室8内の高温の
ガスがパルス管1の内部通路16内に噴出する。内部通
路16がらせん状にされているため、内部通路16内に
噴出した高温の作動ガスは内部通路16の内壁に衝突す
る。パルス管1の低温端11に、直接流入することはな
い。このため、低温端11への熱の流入を低減させ、冷
凍能力の向上を図ることができる。
【0017】なお、中間圧室8を有しない場合にも、作
動ガスは、高温端12側から低温端11側へ移動する時
に、内部通路16の壁に衝突する。このため、内部通路
16をらせん状にすることは、中間圧室8を有しないパ
ルス管冷凍機の場合にも、冷凍能力の向上を図ることが
できるであろう。
【0018】図2は、第2の実施例によるパルス管冷凍
機のパルス管1の断面図を示す。パルス管1以外の部分
の構造は、図1に示す第1の実施例のパルス管冷凍機の
構造と同様である。なお、図3以降の各図を参照して説
明する実施例においても、パルス管以外の構造は、第1
の実施例の場合と同様であるため、冷凍機全体の図示は
省略する。
【0019】図2に示す第2の実施例においては、中空
容器13の高温端12側の一部分にのみ内部部材15a
が配置されている。内部部材15aの表面には、第1の
実施例の場合と同様のらせん溝14が形成されている。
中空容器13内の空間のうち内部部材15aの配置され
ていない部分は、空洞15bとされている。
【0020】第2の実施例の場合にも、中間圧室8から
パルス管1内へ噴出する作動ガスが低温端11側に直接
到達することを防止できる。このため、第1の実施例の
場合と同様に、冷凍能力の向上を図ることが可能にな
る。
【0021】図3は、第3の実施例によるパルス管冷凍
機のパルス管1の断面図を示す。パルス管1は、中空容
器13と、中空容器13内に挿入されたねじり板10と
を含んで構成される。
【0022】ねじり板10は、中空容器13の低温端1
1と高温端12とを結ぶ仮想的な経路に沿って配置さ
れ、その経路に沿ってねじられている。ねじり板10の
両側の側面は、中空容器13の内壁に密着している。ね
じり板10の表面もしくは裏面と中空容器13の内壁と
の間に、らせん状の内部通路16が画定される。
【0023】図4は、第4の実施例によるパルス管冷凍
機のパルス管1の断面図を示す。第4の実施例によるパ
ルス管1は、らせん状に巻かれた中空の管17により構
成される。中空の管17は、例えばステンレス、プラス
チック等で形成される。中空の管17により、らせん状
の内部通路16が画定される。
【0024】図5は、第5の実施例によるパルス管冷凍
機のパルス管1の断面図を示す。図5(A)はパルス管
1の縦断面図であり、図5(B)は図5(A)の一点鎖
線A−Aにおける横断面図である。第5の実施例による
パルス管1は、中空容器13と、中空容器13内に挿入
された2本のねじり棒18及び19とを含んで構成され
る。
【0025】これらねじり棒18及び19は、パルス管
1の低温端11と高温端12とを接続する仮想的な経路
に沿って配置され、その経路に沿ってねじられている。
2本のねじり棒18及び19は、相互にその表面の一部
において接触している。2本のねじり棒18及び19
と、中空容器13の内壁との間にらせん状の内部通路1
6が画定される。
【0026】ねじり棒18及び19は、樹脂のような熱
伝導率の比較的低い材料を射出成形し、熱を加えて柔ら
かくした状態でねじりを与えて製作できる。図5では、
2本のねじり棒を用いた場合を説明したが、3本以上の
ねじり棒を用いてもよい。
【0027】図6は、第6の実施例によるパルス管冷凍
機のパルス管1の断面図を示す。第6の実施例によるパ
ルス管1は、内部空間を画定する中空容器13と、中空
容器13の内部空間内に挿入された内部部材22を含ん
で構成される。内部部材22は、中実の棒22aと、帯
状の突起22bにより構成される。突起22bは、中実
の棒22aの側面にらせん状に巻き付いている。棒22
aは、熱伝導率の悪い材料で形成することが好ましく、
例えば、ステンレス、プラスチック等で形成される。棒
22aと突起22bとを金属で形成する場合には、両者
をはんだ付け、焼結などにより固着させる。両者をプラ
スチックで形成する場合には、接着剤等で固着させる。
【0028】突起22aの上端面は、中空容器13の内
壁に密着している。中実の棒22aの側面のうちらせん
状突起22aの巻かれていない部分と中空容器13の内
壁との間にらせん状の内部通路16が画定される。
【0029】上記第3〜第6の実施例においても、第1
の実施例の場合と同様に、高温の作動ガスの低温端への
流入を防止し、冷凍能力を高めることができる。
【0030】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高温の作動ガスが、らせん状の内部通路内を、その壁と
衝突を繰り返しながら移動する。このため、高温端側の
高温の作動ガスが低温端側へ直接流入することを防止で
きる。低温端への熱の流入を低減できるため、冷凍能力
の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるオリフィス型パル
ス管冷凍機の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例によるオリフィス型パル
ス管冷凍機のパルス管の断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例によるオリフィス型パル
ス管冷凍機のパルス管の断面図である。
【図4】本発明の第4の実施例によるオリフィス型パル
ス管冷凍機のパルス管の断面図である。
【図5】本発明の第5の実施例によるオリフィス型パル
ス管冷凍機のパルス管の断面図である。
【図6】本発明の第6の実施例によるオリフィス型パル
ス管冷凍機のパルス管の断面図である。
【図7】従来例によるパルス管冷凍機及びオリフィス型
パルス管冷凍機の概略断面図である。
【符号の説明】
1 パルス管 2、4、7 ガス流路 3 蓄冷器 5 圧縮機 6 流路インピーダンス 8 中間圧室 10 ねじり板 13 中空容器 14 らせん溝 15、15a 内部部材 15b 空洞 16 内部通路 17 らせん管 18、19 ねじり棒 22 内部部材 22a 中実の棒 22b らせん状突起

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮された作動ガスの供給と回収を繰り
    返す圧縮機と、 らせん状の内部通路を画定し、第1及び第2の端部を有
    するパルス管と、 前記圧縮機と前記パルス管の第1の端部とを接続し、内
    部を通過する作動ガスと熱交換を行う蓄冷器とを有する
    パルス管冷凍機。
  2. 【請求項2】 さらに、 前記パルス管の第2の端部に接続され、該パルス管の内
    部通路に連通し、流路抵抗を有するガス流路と、 前記ガス流路に接続され、ある容積の内部空洞を画定す
    る中間圧室とを有する請求項1に記載のパルス管冷凍
    機。
  3. 【請求項3】 前記パルス管が、 前記第1の端部と第2の端部とを接続する内部空間を画
    定する中空容器と、 前記中空容器内に挿入され、表面にらせん溝が形成され
    た内部部材であって、該らせん溝と前記中空容器の内壁
    との間に前記内部通路を画定する内部部材とを含む請求
    項1または2に記載のパルス管冷凍機。
  4. 【請求項4】 前記内部部材が、前記中空容器の内部空
    間のうち、第2の端部側の一部分にのみ配置されている
    請求項3に記載のパルス管冷凍機。
  5. 【請求項5】 前記パルス管が、 前記第1の端部と第2の端部とを接続する内部空間を画
    定する中空容器と、 前記中空容器内に挿入され、前記パルス管の第1の端部
    と第2の端部とを結ぶ仮想的な経路に沿って配置され、
    該仮想的な経路に沿ってねじられた板であって、該板の
    表面と前記中空容器の内壁との間に前記内部通路を画定
    する板とを含む請求項1または2に記載のパルス管冷凍
    機。
  6. 【請求項6】 前記パルス管が、らせん形状に沿って配
    置された中空の管を含む請求項1または2に記載のパル
    ス管冷凍機。
  7. 【請求項7】 前記パルス管が、 前記第1の端部と第2の端部とを接続する内部空間を画
    定する中空容器と、 前記中空容器内に挿入され、前記パルス管の第1の端部
    と第2の端部とを結ぶ仮想的な経路に沿って配置され、
    該仮想的な経路に沿ってねじられ、互いに表面の一部で
    接する複数のねじり棒であって、該ねじり棒の表面と前
    記中空容器の内壁との間に前記内部通路を画定する請求
    項1または2に記載のパルス管冷凍機。
  8. 【請求項8】 前記パルス管が、 前記第1の端部と第2の端部とを接続する内部空間を画
    定する中空容器と、 前記中空容器内に挿入され、表面上にらせん状に配置さ
    れた突起を有する内部部材であって、該内部部材の表面
    と該突起と前記中空容器の内壁とが前記内部通路を画定
    する内部部材とを含む請求項1または2に記載のパルス
    管冷凍機。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Effective date: 20030311