JP2000205674A - パルス管冷凍機の熱交換器 - Google Patents
パルス管冷凍機の熱交換器Info
- Publication number
- JP2000205674A JP2000205674A JP11002854A JP285499A JP2000205674A JP 2000205674 A JP2000205674 A JP 2000205674A JP 11002854 A JP11002854 A JP 11002854A JP 285499 A JP285499 A JP 285499A JP 2000205674 A JP2000205674 A JP 2000205674A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- pulse tube
- cross
- temperature
- regenerator
- 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.)
- Granted
Links
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
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
- F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
-
- 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
- F25B2309/1412—Pulse-tube cycles characterised by heat exchanger details
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】熱交換器の伝熱量を増やし、パルス管内の熱損
失を低減して、冷凍能力を向上せしめる。 【解決手段】熱交換器断面の流路全体を包絡する面積を
拡大してパルス管内の流速分布を一様にする。包絡面積
を拡大する例として、十字形状（放射状）のフィンを設
けたり、十字形状の細長い断面の管路にしたり、球状の
磁性材料を管内に充填したりする。この結果、外部との
伝熱面積が増加すること、流体が複数に分割された流路
を通過して速度分布が一様になること、流体と固体壁と
の接触表面が増えて等温的な熱交換が起こること、球状
の充填材は冷凍機の構成を小型化できること等の利点が
挙げられる。
失を低減して、冷凍能力を向上せしめる。 【解決手段】熱交換器断面の流路全体を包絡する面積を
拡大してパルス管内の流速分布を一様にする。包絡面積
を拡大する例として、十字形状（放射状）のフィンを設
けたり、十字形状の細長い断面の管路にしたり、球状の
磁性材料を管内に充填したりする。この結果、外部との
伝熱面積が増加すること、流体が複数に分割された流路
を通過して速度分布が一様になること、流体と固体壁と
の接触表面が増えて等温的な熱交換が起こること、球状
の充填材は冷凍機の構成を小型化できること等の利点が
挙げられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】高温超伝導現象が認められる
温度域（５０〜８０Ｋ）にあるチャンバ内に置かれたパ
ルス管冷凍機のパルス管低温側熱交換器端に設ける熱交
換器の改良技術に関する。
温度域（５０〜８０Ｋ）にあるチャンバ内に置かれたパ
ルス管冷凍機のパルス管低温側熱交換器端に設ける熱交
換器の改良技術に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】パルス管冷凍機は、圧縮器に
リニアモータを使用してレシプロカルに動くピストンに
より、パルス管内に封じた作業ガスに圧縮膨張を繰り返
させて強制振動を発生させ、パルス管の端部に設けた蓄
冷器の高温及び低温の熱交換器（熱源）を動作させ、ガ
スの膨張時の吸熱作用を利用して、低温の蓄冷器から熱
をさらに汲み上げる機能を備え、液体窒素温度以下の冷
却が可能な装置である。したがって、この冷凍機は熱交
換の効率によって、その性能が左右される。
リニアモータを使用してレシプロカルに動くピストンに
より、パルス管内に封じた作業ガスに圧縮膨張を繰り返
させて強制振動を発生させ、パルス管の端部に設けた蓄
冷器の高温及び低温の熱交換器（熱源）を動作させ、ガ
スの膨張時の吸熱作用を利用して、低温の蓄冷器から熱
をさらに汲み上げる機能を備え、液体窒素温度以下の冷
却が可能な装置である。したがって、この冷凍機は熱交
換の効率によって、その性能が左右される。
【０００３】パルス管冷凍機の冷凍能力の向上対策に
は、一つに熱交換の効率化があり、熱交換器の伝熱量を
増やし、パルス管内の熱損失を低減することが有効であ
る。また、他の一つに低温の熱交換器における変位と圧
力との位相のずれ（位相差）を９０度に可能な限り近づ
ける位相調整技術がある。
は、一つに熱交換の効率化があり、熱交換器の伝熱量を
増やし、パルス管内の熱損失を低減することが有効であ
る。また、他の一つに低温の熱交換器における変位と圧
力との位相のずれ（位相差）を９０度に可能な限り近づ
ける位相調整技術がある。
【０００４】そして、本発明は熱交換器の改良に係わる
ものである。
ものである。
【０００５】そこで、従来技術をみるに、パルス管冷凍
機は、圧縮機、パルス管、蓄冷器、バッファータンク及
びオリフィスを構成要部とし、図９に示すように、配置
されている。この冷凍機のパルス管の先端部には、高温
熱交換器が設けられ、更にその高温熱交換器の先にオリ
フィスとバッファタンクとからなる位相調節器が備えら
れる。そして、位相調節器はパルス管冷凍機の冷凍能力
を左右する重要な構成部分の一つである。
機は、圧縮機、パルス管、蓄冷器、バッファータンク及
びオリフィスを構成要部とし、図９に示すように、配置
されている。この冷凍機のパルス管の先端部には、高温
熱交換器が設けられ、更にその高温熱交換器の先にオリ
フィスとバッファタンクとからなる位相調節器が備えら
れる。そして、位相調節器はパルス管冷凍機の冷凍能力
を左右する重要な構成部分の一つである。
【０００６】パルス管冷凍機において、既に述べたとお
り、その冷凍機能を高める手段の一つに、使用する熱交
換器の形状、構造、材質等を適切なものとすることが挙
げられる。蓄冷器の一端となる圧縮機側に高温熱交換
器、パルス管の両端に低温及び高温の熱交換器がそれぞ
れ設けられる。パルス管に封じた作業ガスの管内流速分
布と熱交換状況が作業ガスの粘性や慣性によって影響さ
れるので、冷凍機の性能の面から、熱交換器の交換効率
は極めて重要である。しかるに、熱交換器の機能の詳し
い解析、熱効率の改良を含む熱交換器の設計等は、未だ
開発過程にあると云える。
り、その冷凍機能を高める手段の一つに、使用する熱交
換器の形状、構造、材質等を適切なものとすることが挙
げられる。蓄冷器の一端となる圧縮機側に高温熱交換
器、パルス管の両端に低温及び高温の熱交換器がそれぞ
れ設けられる。パルス管に封じた作業ガスの管内流速分
布と熱交換状況が作業ガスの粘性や慣性によって影響さ
れるので、冷凍機の性能の面から、熱交換器の交換効率
は極めて重要である。しかるに、熱交換器の機能の詳し
い解析、熱効率の改良を含む熱交換器の設計等は、未だ
開発過程にあると云える。
【０００７】従来技術では、図１０（金尾憲一ら、第５
回日中ジョイントセミナー、１９９７年９月）に示すよ
うに、平行な平板形状のフィンを用いて、液体と接触す
る個体の表面積を増加させると、フィンの厚さが減り、
フィンが薄くなった分だけ熱伝導性が低減するという問
題があった。また、パルス管へ流入する液体の速度分布
が一様にならないという問題も解消されていない。
回日中ジョイントセミナー、１９９７年９月）に示すよ
うに、平行な平板形状のフィンを用いて、液体と接触す
る個体の表面積を増加させると、フィンの厚さが減り、
フィンが薄くなった分だけ熱伝導性が低減するという問
題があった。また、パルス管へ流入する液体の速度分布
が一様にならないという問題も解消されていない。
【０００８】さらに、図11に示したように、メッシュを
用いて液体と接触する固体の表面積を増加させると、メ
ッシュの線径が細く、断面が小さいので、熱伝導性が低
下するという問題がある。もっとも、薄いフィンや細い
線径のメッシュに伴う熱伝導性の低減の問題は本質的な
ものであるから回避できない。してみると、従来技術に
拘らず、熱交換器の開発には技術的にブレークスルーが
求められる。
用いて液体と接触する固体の表面積を増加させると、メ
ッシュの線径が細く、断面が小さいので、熱伝導性が低
下するという問題がある。もっとも、薄いフィンや細い
線径のメッシュに伴う熱伝導性の低減の問題は本質的な
ものであるから回避できない。してみると、従来技術に
拘らず、熱交換器の開発には技術的にブレークスルーが
求められる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】パルス管冷凍機熱交換
器の固有の特性を解析したところ、 外部から出入りする熱流は外周の壁を通過する。 流体と外周の壁との間に熱を輸送する経路が存在す
る。 パルス管と接続している。 といった特色があり、熱交換器の性能を向上させるに
は、 外周の壁を通過する熱を増やす。 流体と個体との接触面積を増やして、等温的に熱交換
させる。 パルス管内部の流体の流れを一様にする。 等の対策が有効であると推測でき、この方向に沿って、
鋭意開発を進めた結果、上記の課題は、具体的には、熱
交換器断面の流路全体を包絡する面積を拡大してパルス
管内の流速分布を一様にする。包絡面積を拡大する例と
して、十字形状（放射状）のフィンを設けたり、十字形
状の細長い断面の管路にしたり、球状の磁性材料を管内
に充填したりする対応が効果的である。
器の固有の特性を解析したところ、 外部から出入りする熱流は外周の壁を通過する。 流体と外周の壁との間に熱を輸送する経路が存在す
る。 パルス管と接続している。 といった特色があり、熱交換器の性能を向上させるに
は、 外周の壁を通過する熱を増やす。 流体と個体との接触面積を増やして、等温的に熱交換
させる。 パルス管内部の流体の流れを一様にする。 等の対策が有効であると推測でき、この方向に沿って、
鋭意開発を進めた結果、上記の課題は、具体的には、熱
交換器断面の流路全体を包絡する面積を拡大してパルス
管内の流速分布を一様にする。包絡面積を拡大する例と
して、十字形状（放射状）のフィンを設けたり、十字形
状の細長い断面の管路にしたり、球状の磁性材料を管内
に充填したりする対応が効果的である。
【００１０】設計的には、外部との伝熱面積が増加する
こと、流体が複数に分割された流路を通過して速度分布
が一様になること、流体と固体壁との接触表面が増えて
等温的な熱交換が起きること、及び球状の充填材は冷凍
機の構成を小型化できること等の利点がある。
こと、流体が複数に分割された流路を通過して速度分布
が一様になること、流体と固体壁との接触表面が増えて
等温的な熱交換が起きること、及び球状の充填材は冷凍
機の構成を小型化できること等の利点がある。
【００１１】そこで、熱交換器の伝熱量を増やし、パル
ス管内の熱損失を低減して、冷凍能力を向上せしめるこ
とを前提として、位相調整が容易にでき、しかも設計的
に設備規模に広く適用可能であるうえに、到達温度が低
い、ヒートポンプとしての効率（蓄冷熱量／運転におけ
る消費エネルギー量）が高い等の特徴と、運転調整のし
易さを課題として、パルス管冷凍機の改良を試みる。
ス管内の熱損失を低減して、冷凍能力を向上せしめるこ
とを前提として、位相調整が容易にでき、しかも設計的
に設備規模に広く適用可能であるうえに、到達温度が低
い、ヒートポンプとしての効率（蓄冷熱量／運転におけ
る消費エネルギー量）が高い等の特徴と、運転調整のし
易さを課題として、パルス管冷凍機の改良を試みる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】熱交換器の材質は、基本
的には熱伝導性の大きいことが絶対要件となる。銅、真
鍮等の材料が選択される。
的には熱伝導性の大きいことが絶対要件となる。銅、真
鍮等の材料が選択される。
【００１３】熱交換器の形状は、直線状のパルス管のと
きが基本となるが、Ｕ字管状に変形できれば、冷凍装置
全体の容量がコンパクト化でき、装置としては直線状パ
ルス管の場合より設計範囲が拡がる利点がある。
きが基本となるが、Ｕ字管状に変形できれば、冷凍装置
全体の容量がコンパクト化でき、装置としては直線状パ
ルス管の場合より設計範囲が拡がる利点がある。
【００１４】課題を解決するための具体的な手段は、以
下に開示するとおりである。
下に開示するとおりである。
【００１５】しかして、請求項１の発明は、圧縮機と、
蓄冷器と、パルス管と、該蓄冷器若しくは該パルス管に
接続する低温及び／又は高温の熱交換器と、該パルス管
に接続する位相調節器とからなる冷凍装置において、該
蓄冷器若しくは該パルス管に接続する低温及び／又は高
温の熱交換器として該熱交換器の横断面が十字形状又は
放射状のフィンが設けられてなることを特徴とする。
蓄冷器と、パルス管と、該蓄冷器若しくは該パルス管に
接続する低温及び／又は高温の熱交換器と、該パルス管
に接続する位相調節器とからなる冷凍装置において、該
蓄冷器若しくは該パルス管に接続する低温及び／又は高
温の熱交換器として該熱交換器の横断面が十字形状又は
放射状のフィンが設けられてなることを特徴とする。
【００１６】請求項２の発明は、圧縮機と、蓄冷器と、
パルス管と、該蓄冷器若しくは該パルス管に接続する低
温及び／又は高温の熱交換器と、該パルス管に接続する
位相調節器とからなる冷凍装置において、該蓄冷器若し
くは該パルス管に接続する低温及び／又は高温の熱交換
器として該熱交換器の横断面に十字形状又は放射状の流
路が設けられてなることを特徴とする。この発明は、フ
ィンを流路に変えたもので、熱交換に際し、方向性を配
慮して、バランスよく熱交換を行うものである。
パルス管と、該蓄冷器若しくは該パルス管に接続する低
温及び／又は高温の熱交換器と、該パルス管に接続する
位相調節器とからなる冷凍装置において、該蓄冷器若し
くは該パルス管に接続する低温及び／又は高温の熱交換
器として該熱交換器の横断面に十字形状又は放射状の流
路が設けられてなることを特徴とする。この発明は、フ
ィンを流路に変えたもので、熱交換に際し、方向性を配
慮して、バランスよく熱交換を行うものである。
【００１７】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
の低温及び／又は高温の熱交換器において、流路が細長
い断面からなることを特徴とする。
の低温及び／又は高温の熱交換器において、流路が細長
い断面からなることを特徴とする。
【００１８】更に、請求項４の発明は、低温及び／又は
高温の熱交換器が、鉛、銅、ステンレス鋼及び磁性材料
からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱容量の大な
る球状物体により充填されてなるパルス管冷凍機熱交換
器であって、メッシュに較べて空間率が小さいので、内
部容積が同一の場合には、熱交換器の断面の外周を長く
設計でき、熱効率を向上することが可能となる。
高温の熱交換器が、鉛、銅、ステンレス鋼及び磁性材料
からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱容量の大な
る球状物体により充填されてなるパルス管冷凍機熱交換
器であって、メッシュに較べて空間率が小さいので、内
部容積が同一の場合には、熱交換器の断面の外周を長く
設計でき、熱効率を向上することが可能となる。
【００１９】請求項５の発明は、熱交換器によりパルス
管内部のガスの流れを整流化する作用をもたらすもので
ある。パルス管内部の封入されたガスの流速分布を一様
に成し得るとパルス管内のガスの温度分布も一様になる
結果、熱交換の効率が向上する効果が生じる。
管内部のガスの流れを整流化する作用をもたらすもので
ある。パルス管内部の封入されたガスの流速分布を一様
に成し得るとパルス管内のガスの温度分布も一様になる
結果、熱交換の効率が向上する効果が生じる。
【００２０】
【作 用】本発明の熱交換器はその断面の流路全体を包
絡する面積が拡大するので、外部との伝熱面積が増加す
る。
絡する面積が拡大するので、外部との伝熱面積が増加す
る。
【００２１】また、本発明の熱交換器を使用すると、流
体が複数の流路を通過してパルス管内に流入するので、
流体の速度分布が一様になる。しかも、流体と固体壁と
の界面の接触面積が増えて、等温的に熱交換する。
体が複数の流路を通過してパルス管内に流入するので、
流体の速度分布が一様になる。しかも、流体と固体壁と
の界面の接触面積が増えて、等温的に熱交換する。
【００２２】請求項２に記載の発明の場合は、熱が伝導
する断面積が増加する（実施例２：フィンが厚いことと
等価）ので、熱交換が有利に行われる。
する断面積が増加する（実施例２：フィンが厚いことと
等価）ので、熱交換が有利に行われる。
【００２３】細長い流路断面を有する場合（実施例２）
や請求項４の発明に示した球を詰めた場合には、低温熱
交換器の位置で蓄冷器とパルス管の配置を曲げることに
より、冷凍機の構成を小型化できる。冷凍機の設計に多
様性があり、適用範囲も拡がる。
や請求項４の発明に示した球を詰めた場合には、低温熱
交換器の位置で蓄冷器とパルス管の配置を曲げることに
より、冷凍機の構成を小型化できる。冷凍機の設計に多
様性があり、適用範囲も拡がる。
【００２４】付加的効用であるが、熱交換器によりパル
ス管内部のガスの流れを整流化する作用をもたらす。パ
ルス管内部の封入されたガスの流速分布を一様に成し得
れば、パルス管内のガスの温度分布も一様になる結果、
熱交換の効率が向上する。
ス管内部のガスの流れを整流化する作用をもたらす。パ
ルス管内部の封入されたガスの流速分布を一様に成し得
れば、パルス管内のガスの温度分布も一様になる結果、
熱交換の効率が向上する。
【００２５】
【実施例】以下に実施例を示す。 ＜実施例１＞本発明では熱交換器として、図１に示した
ような、円形断面に十字形状のフィンを置き作業ガスと
の熱交換を計ることができる。フィンの形状としては十
字形以外にも、例えば、放射状に５個乃至２０個程度設
けることも可能である。流体ガスが複数の流路を通過し
てパルス管内に流入するので、流体の速度分布が一様に
なる。しかも流体と固体壁との界面の接触面積が増え
て、緩やかに等温的な熱交換が起こる。
ような、円形断面に十字形状のフィンを置き作業ガスと
の熱交換を計ることができる。フィンの形状としては十
字形以外にも、例えば、放射状に５個乃至２０個程度設
けることも可能である。流体ガスが複数の流路を通過し
てパルス管内に流入するので、流体の速度分布が一様に
なる。しかも流体と固体壁との界面の接触面積が増え
て、緩やかに等温的な熱交換が起こる。
【００２６】なお、作業ガスが円滑にパルス管内を流れ
るためには、熱交換器の部分においても流路の容積が変
化しないような構造であることが必要である。言い換え
れば、流路の断面積が略一定であり、例えば、フィンに
より遮られる断面積部分に加えて、作業ガスの流れるた
めの有効な断面積が確保されていなければならない。従
って、熱交換の条件が同一であるならば、図１の流路の
断面積は、その外形の大きさに差異があるにも拘わら
ず、以下に示す図２〜図５の流路の断面積と基本的には
同等となる。 ＜実施例２＞この実施例では熱交換器として、その横断
面が、図２に開示しているような、放射状の流路又は、
図３に示すような、細長い断面の流路からなる。この場
合は、熱が伝導する断面積が大きいことが特長であり、
熱交換効率が高い。 ＜実施例３＞図４に示す本発明の熱交換器は円形断面の
流路であり、やや大きめのものが十字型に配置されてお
り、また図５に示す実施例の熱交換器も円形断面の流路
であるが、やや小さめの複数のものが放射状に配置され
ている。これらの流路の形状や配置は状況に応じて選択
できる。 ＜実施例４＞フィンや流路からなる熱交換器に替えて、
球状物を充填して同様な機能を持たせることができる。
図６は熱容量の大なる球状物体により充填されてなるパ
ルス管冷凍機熱交換器であって、空間率が４０〜５０％
と小さいので、内部容積が同一の場合には、熱交換器の
断面の外周を長く設計でき、熱効率を向上させることが
可能となる。
るためには、熱交換器の部分においても流路の容積が変
化しないような構造であることが必要である。言い換え
れば、流路の断面積が略一定であり、例えば、フィンに
より遮られる断面積部分に加えて、作業ガスの流れるた
めの有効な断面積が確保されていなければならない。従
って、熱交換の条件が同一であるならば、図１の流路の
断面積は、その外形の大きさに差異があるにも拘わら
ず、以下に示す図２〜図５の流路の断面積と基本的には
同等となる。 ＜実施例２＞この実施例では熱交換器として、その横断
面が、図２に開示しているような、放射状の流路又は、
図３に示すような、細長い断面の流路からなる。この場
合は、熱が伝導する断面積が大きいことが特長であり、
熱交換効率が高い。 ＜実施例３＞図４に示す本発明の熱交換器は円形断面の
流路であり、やや大きめのものが十字型に配置されてお
り、また図５に示す実施例の熱交換器も円形断面の流路
であるが、やや小さめの複数のものが放射状に配置され
ている。これらの流路の形状や配置は状況に応じて選択
できる。 ＜実施例４＞フィンや流路からなる熱交換器に替えて、
球状物を充填して同様な機能を持たせることができる。
図６は熱容量の大なる球状物体により充填されてなるパ
ルス管冷凍機熱交換器であって、空間率が４０〜５０％
と小さいので、内部容積が同一の場合には、熱交換器の
断面の外周を長く設計でき、熱効率を向上させることが
可能となる。
【００２７】充填に適する球状物は熱交換の温度によっ
て変わる。２０Ｋ以下の極低温では磁性材料が、２０〜
５０Ｋ程度では鉛が、７０〜８０Ｋ程度ではステンレス
鋼や銅が、作業ガスと比熱、熱容量比等の関係から使用
できる。
て変わる。２０Ｋ以下の極低温では磁性材料が、２０〜
５０Ｋ程度では鉛が、７０〜８０Ｋ程度ではステンレス
鋼や銅が、作業ガスと比熱、熱容量比等の関係から使用
できる。
【００２８】更に、熱交換器として球を詰めた場合に
は、図７に示す如く、低温熱交換器の位置でＵ字型に蓄
冷器とパルス管の配置を曲げることにより、冷凍機の構
成を小型化できる。冷凍機の設計に多様性があり、適用
範囲も拡がる。なお、球を詰めた場合にはその両端をメ
ッシュで挟むとよい。 ＜実施例５＞熱交換器の効用は単に熱を交換するのみで
なく、パルス管内部の流速分布を整流化し、均一化する
ことにある。パルス管内部の封入されたガスの流速分布
を一様に成し得ると、パルス管内のガスの温度分布も一
様になる結果、熱交換の効率が向上する効果が生じる。
図８は本発明の熱交換器を使用した際のパルス管内部に
おけるガスの流速分布を示す。
は、図７に示す如く、低温熱交換器の位置でＵ字型に蓄
冷器とパルス管の配置を曲げることにより、冷凍機の構
成を小型化できる。冷凍機の設計に多様性があり、適用
範囲も拡がる。なお、球を詰めた場合にはその両端をメ
ッシュで挟むとよい。 ＜実施例５＞熱交換器の効用は単に熱を交換するのみで
なく、パルス管内部の流速分布を整流化し、均一化する
ことにある。パルス管内部の封入されたガスの流速分布
を一様に成し得ると、パルス管内のガスの温度分布も一
様になる結果、熱交換の効率が向上する効果が生じる。
図８は本発明の熱交換器を使用した際のパルス管内部に
おけるガスの流速分布を示す。
【００２９】
【発明の効果】請求項１の発明は、蓄冷器若しくはパル
ス管に接続する低温及び／又は高温の熱交換器として、
その横断面が十字形状又は放射状のフィンが設けられて
いるため、外周を通過する熱量が増加し、また作業ガス
との接触面積が増え熱交換が一層効率化する効果を奏す
る。
ス管に接続する低温及び／又は高温の熱交換器として、
その横断面が十字形状又は放射状のフィンが設けられて
いるため、外周を通過する熱量が増加し、また作業ガス
との接触面積が増え熱交換が一層効率化する効果を奏す
る。
【００３０】請求項２の発明は、蓄冷器若しくはパルス
管に接続する低温及び／又は高温の熱交換器として該熱
交換器の横断面に十字形状又は放射状の流路が設けられ
ている。特定形状のフィンを同型状の流路に変えたもの
で、バランスよく熱交換が成される効果がある。
管に接続する低温及び／又は高温の熱交換器として該熱
交換器の横断面に十字形状又は放射状の流路が設けられ
ている。特定形状のフィンを同型状の流路に変えたもの
で、バランスよく熱交換が成される効果がある。
【００３１】請求項３の発明は、請求項１又は２に記載
の低温及び／又は高温の熱交換器において、流路が細長
い断面からなるので、パルス管をＵ字型に変形でき、装
置全体をコンパクトに納めることが可能となる。
の低温及び／又は高温の熱交換器において、流路が細長
い断面からなるので、パルス管をＵ字型に変形でき、装
置全体をコンパクトに納めることが可能となる。
【００３２】請求項４の発明は、熱交換器が、鉛、銅、
ステンレス鋼、磁性材料等の熱容量の大なる球状物体に
より充填されたパルス管冷凍機熱交換器であって、メッ
シュに較べて空間率が小さいので、内部容積が同一の場
合には、熱交換器の断面の外周を長く設計でき、熱効率
を向上することが可能となる。この場合もパルス管をＵ
字型に変形でき、装置全体をコンパクトに納めることが
可能となる。
ステンレス鋼、磁性材料等の熱容量の大なる球状物体に
より充填されたパルス管冷凍機熱交換器であって、メッ
シュに較べて空間率が小さいので、内部容積が同一の場
合には、熱交換器の断面の外周を長く設計でき、熱効率
を向上することが可能となる。この場合もパルス管をＵ
字型に変形でき、装置全体をコンパクトに納めることが
可能となる。
【００３３】請求項５の発明は、熱交換器によりパルス
管内部のガスの流れを整流化する結果、熱交換の効率が
向上する効果が奏する。
管内部のガスの流れを整流化する結果、熱交換の効率が
向上する効果が奏する。
【図１】本発明の熱交換器（十字状のフィン）の断面図
である。
である。
【図２】本発明の熱交換器（放射状の流路）の断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の熱交換器（細長い断面の流路）の断面
図である。
図である。
【図４】本発明の熱交換器（円形断面の流路）の断面図
である。
である。
【図５】本発明の熱交換器（小さい円形断面の流路を放
射状に配置）の断面図である。
射状に配置）の断面図である。
【図６】本発明の球状物を充填した熱交換器の断面図の
実施例である。
実施例である。
【図７】本発明の蓄冷器とパルス管との配置をＵ字型に
した例を示す概略図である。
した例を示す概略図である。
【図８】本発明のパルス管内部のガスの流速分布を示す
説明図である。
説明図である。
【図９】従来技術のパルス管冷凍機（全体）を示す概略
図である。
図である。
【図10】従来技術のパルス管冷凍機の熱交換器断面を示
す例（平行フィン）である。
す例（平行フィン）である。
【図11】従来技術のパルス管冷凍機熱交換器の断面を示
す例（メッシュ）である。
す例（メッシュ）である。
Claims (5)
- 【請求項１】圧縮機と、蓄冷器と、パルス管と、該蓄冷
器若しくは該パルス管に接続する低温及び／又は高温の
熱交換器と、該パルス管に接続する位相調節器とからな
る冷凍装置において、該蓄冷器若しくは該パルス管に接
続する低温及び／又は高温の熱交換器として該熱交換器
の横断面が十字形状又は放射状のフィンが設けられてな
ることを特徴とするパルス管冷凍機の熱交換器。 - 【請求項２】圧縮機と、蓄冷器と、パルス管と、該蓄冷
器若しくは該パルス管に接続する低温及び／又は高温の
熱交換器と、該パルス管に接続する位相調節器とからな
る冷凍装置において、該蓄冷器若しくは該パルス管に接
続する低温及び／又は高温の熱交換器として該熱交換器
の横断面に十字形状又は放射状の流路が設けられてなる
ことを特徴とするパルス管冷凍機の熱交換器。 - 【請求項３】請求項１又は２に記載の低温及び／又は高
温の熱交換器において、流路が細長い断面からなること
を特徴とするパルス管冷凍機の熱交換器。 - 【請求項４】請求項１、２又は３に記載の低温及び／又
は高温の熱交換器が、鉛、銅、ステンレス鋼及び磁性材
料からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱容量の大
なる球状物体により充填されてなるパルス管冷凍機の熱
交換器。 - 【請求項５】圧縮機と、蓄冷器と、パルス管と、該蓄冷
器若しくは該パルス管に接続する低温及び／又は高温の
熱交換器と、該パルス管に接続する位相調節器とからな
る冷凍装置において、該蓄冷器若しくは該パルス管に接
続する低温及び／又は高温の熱交換器が該パルス管内部
の封入されたガスの流速分布を一様に整流化成し得るこ
とを特徴とするパルス管冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP285499A JP2983215B1 (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | パルス管冷凍機の熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP285499A JP2983215B1 (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | パルス管冷凍機の熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2983215B1 JP2983215B1 (ja) | 1999-11-29 |
| JP2000205674A true JP2000205674A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11540988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP285499A Expired - Fee Related JP2983215B1 (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | パルス管冷凍機の熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2983215B1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002257428A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-11 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | パルス管冷凍機の熱交換器 |
| JP2008286507A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | パルス管冷凍機 |
| JP2013117323A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Isuzu Motors Ltd | 熱音響冷凍装置 |
| CN103175329A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-26 | 中国科学院上海技术物理研究所 | U型及直线脉冲管制冷机热端内部导流结构及制造方法 |
| WO2020059317A1 (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機およびパルス管冷凍機の製造方法 |
-
1999
- 1999-01-08 JP JP285499A patent/JP2983215B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002257428A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-11 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | パルス管冷凍機の熱交換器 |
| JP2008286507A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | パルス管冷凍機 |
| JP2013117323A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Isuzu Motors Ltd | 熱音響冷凍装置 |
| CN103175329A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-26 | 中国科学院上海技术物理研究所 | U型及直线脉冲管制冷机热端内部导流结构及制造方法 |
| WO2020059317A1 (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機およびパルス管冷凍機の製造方法 |
| JP2020046125A (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機およびパルス管冷凍機の製造方法 |
| CN112867898A (zh) * | 2018-09-20 | 2021-05-28 | 住友重机械工业株式会社 | 脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法 |
| JP7146543B2 (ja) | 2018-09-20 | 2022-10-04 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機およびパルス管冷凍機の製造方法 |
| US11506426B2 (en) | 2018-09-20 | 2022-11-22 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Pulse tube cryocooler and method of manufacturing pulse tube cryocooler |
| CN112867898B (zh) * | 2018-09-20 | 2023-01-13 | 住友重机械工业株式会社 | 脉冲管制冷机及脉冲管制冷机的制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2983215B1 (ja) | 1999-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3273356A (en) | Heat exchanger-expander adapted to deliver refrigeration | |
| EP1422485B1 (en) | Refrigeration method for high temperature superconductivity | |
| US20060201163A1 (en) | Heat-storing medium | |
| CN100430672C (zh) | 脉冲管制冷器及其使用方法 | |
| CN1322300C (zh) | 热交换器 | |
| CN105651090B (zh) | 新型三维螺旋冷凝结构纳米脉动热超导装置 | |
| JP2983215B1 (ja) | パルス管冷凍機の熱交換器 | |
| JP3602823B2 (ja) | 脈動管冷凍機 | |
| JP5305633B2 (ja) | 蓄冷式冷凍機 | |
| US10551092B2 (en) | Pulse-tube refrigerator | |
| JPS63302259A (ja) | 極低温発生装置 | |
| CN112212719B (zh) | 预冷型jt制冷机用旁通型低温负压换热器及设计方法 | |
| Gao et al. | A hybrid two-stage refrigerator operated at temperatures below 4K | |
| JPH09178279A (ja) | パルスチューブ冷凍機 | |
| CN2062805U (zh) | 带小孔和气库的同轴脉冲管制冷机 | |
| JP2983216B1 (ja) | パルス管冷凍機 | |
| Chorowski et al. | Development and testing of a miniature Joule-Thomson refrigerator with sintered powder heat exchanger | |
| CN110145884A (zh) | 一种低温制冷机的多温度冷源获取装置 | |
| CN114087810B (zh) | 一种节流制冷器 | |
| JP3814418B2 (ja) | 蓄冷材、蓄冷器及びこれらを適用した蓄冷型冷凍機 | |
| JP4000512B2 (ja) | パルスチューブ冷凍機 | |
| JPH0451662B2 (ja) | ||
| JP2002106992A (ja) | パルス管冷凍機の位相調整手段 | |
| JPH06300376A (ja) | パルス管式冷凍機の予冷部付クライオスタット | |
| JPH0668416B2 (ja) | 極低温気体冷凍機用蓄冷器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |