JP2002061976A - パルス管冷凍機の制御方法 - Google Patents
パルス管冷凍機の制御方法Info
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- 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
- F25B2309/14241—Pulse tubes with basic schematic including an orifice reservoir multiple inlet pulse tube
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダブルインレット型パルス管冷凍機は他のパ
ルス管冷凍機より性能はよいものの作動が不安定で、良
好な作動を維持することができなかった。 【解決手段】 一端がリザーバー４に連通し他端が圧縮
機８と蓄冷器６の接続部に連通するセカンドオリフィス
バルブ接続パイプ１１を備えたダブルインレットパルス
管冷凍機において、セカンドオリフィスバルブ接続パイ
プ１１の前記他端を分岐し、片方を第１セカンドオリフ
ィスバルブ１２を介して圧縮機８の高圧管路９に接続
し、他方を第２セカンドオリフィスバルブ１３を介して
圧縮機８の低圧管路１０に接続する。パルス管１の高温
部２には第１温度センサ１４を、低温部５には第２温度
センサ１５を設け、そのセンサ出力を制御装置１６に入
力する。制御装置１６では両温度差をパルス管冷凍機の
作動状態として検出し、それにより前記第１及び第２セ
カンドオリフィスバルブの開閉をフィードバック制御す
る。
ルス管冷凍機より性能はよいものの作動が不安定で、良
好な作動を維持することができなかった。 【解決手段】 一端がリザーバー４に連通し他端が圧縮
機８と蓄冷器６の接続部に連通するセカンドオリフィス
バルブ接続パイプ１１を備えたダブルインレットパルス
管冷凍機において、セカンドオリフィスバルブ接続パイ
プ１１の前記他端を分岐し、片方を第１セカンドオリフ
ィスバルブ１２を介して圧縮機８の高圧管路９に接続
し、他方を第２セカンドオリフィスバルブ１３を介して
圧縮機８の低圧管路１０に接続する。パルス管１の高温
部２には第１温度センサ１４を、低温部５には第２温度
センサ１５を設け、そのセンサ出力を制御装置１６に入
力する。制御装置１６では両温度差をパルス管冷凍機の
作動状態として検出し、それにより前記第１及び第２セ
カンドオリフィスバルブの開閉をフィードバック制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパルス管冷凍機に関
し、特にダブルインレット型パルス管冷凍機内に発生す
る２次的な流れを、パルス管冷凍機の作動状態に応じて
セカンドオリフィスバルブを制御するようにしたパルス
管冷凍機の制御方法、及びそれを実施する装置に関す
る。
し、特にダブルインレット型パルス管冷凍機内に発生す
る２次的な流れを、パルス管冷凍機の作動状態に応じて
セカンドオリフィスバルブを制御するようにしたパルス
管冷凍機の制御方法、及びそれを実施する装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】パルス管冷凍機としては大別すると図４
に示すような種類のものが存在する。即ち、（ａ）に示
すように圧縮機２１、蓄冷器２２、パルス管２３を順に
直列に接続した最も基本的な構造をなす「ベーシック
型」、このベーシック型のパルス管端部にオリフィスバ
ルブ２４を介してリザーバー２５を設けた「オリフィス
型」、更に、このオリフィス型に対して、パルス管２３
のリザーバー２５接続側と、圧縮機２１と蓄冷器２２接
続側とをダブルインレットバルブ２６を備えたダブルイ
ンレットパイプ２７で接続した「ダブルインレット型」
が存在する。
に示すような種類のものが存在する。即ち、（ａ）に示
すように圧縮機２１、蓄冷器２２、パルス管２３を順に
直列に接続した最も基本的な構造をなす「ベーシック
型」、このベーシック型のパルス管端部にオリフィスバ
ルブ２４を介してリザーバー２５を設けた「オリフィス
型」、更に、このオリフィス型に対して、パルス管２３
のリザーバー２５接続側と、圧縮機２１と蓄冷器２２接
続側とをダブルインレットバルブ２６を備えたダブルイ
ンレットパイプ２７で接続した「ダブルインレット型」
が存在する。
【０００３】これらのパルス管冷凍機は、上記の順序で
その冷凍機性能が向上させることができるが、この中で
最も冷凍機性能を高くすることができるダブルインレッ
ト型パルス管冷凍機においては、同図（ｄ）に示すよう
にダブルインレットバルブ２６を備えたダブルインレッ
トパイプ２７を介して図中楕円で示すようにいずれかの
方向に循環する二次流れが発生する。この流れは一方向
性であり、熱損失の原因となるほか、運転状態によって
流れの状態が変化するためパルス管冷凍機の作動が不安
定となり、実用化が困難であるという欠点があった。
その冷凍機性能が向上させることができるが、この中で
最も冷凍機性能を高くすることができるダブルインレッ
ト型パルス管冷凍機においては、同図（ｄ）に示すよう
にダブルインレットバルブ２６を備えたダブルインレッ
トパイプ２７を介して図中楕円で示すようにいずれかの
方向に循環する二次流れが発生する。この流れは一方向
性であり、熱損失の原因となるほか、運転状態によって
流れの状態が変化するためパルス管冷凍機の作動が不安
定となり、実用化が困難であるという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなパルス管冷
凍機の研究の結果、上記のようなダブルインレット型パ
ルス管冷凍機のリザーバー２５に対して更にセカンドオ
リフィスバルブを備えたセカンドオリフィスバルブ接続
パイプの一端を接続し、他端を圧縮機側に接続すると共
にセカンドオリフィスバルブの開度を調節すると、ダブ
ルインレット型パルス管冷凍機の性能が変化することが
知られるようになっている。
凍機の研究の結果、上記のようなダブルインレット型パ
ルス管冷凍機のリザーバー２５に対して更にセカンドオ
リフィスバルブを備えたセカンドオリフィスバルブ接続
パイプの一端を接続し、他端を圧縮機側に接続すると共
にセカンドオリフィスバルブの開度を調節すると、ダブ
ルインレット型パルス管冷凍機の性能が変化することが
知られるようになっている。
【０００５】しかしながら、このセカンドオリフィスバ
ルブを実際にどのように調節するとダブルインレット型
パルス管冷凍機の性能がどのように変化するのかが必ず
しも明瞭とはなっていなかった。また、セカンドオリフ
ィスバルブ接続パイプを圧縮機側に接続するとき、圧縮
機の配管の高圧側に接続するか低圧側に接続するかによ
っても大きく影響し、その際のダブルインレットバルブ
の開度との関係も含め、各種状態でパルス管内ではどの
ような流れになっているかが明瞭ではなかった。そのた
め、このセカンドオリフィスバルブを用いてどのように
すれば冷凍機の性能が向上できるのかを知ることができ
なかった。
ルブを実際にどのように調節するとダブルインレット型
パルス管冷凍機の性能がどのように変化するのかが必ず
しも明瞭とはなっていなかった。また、セカンドオリフ
ィスバルブ接続パイプを圧縮機側に接続するとき、圧縮
機の配管の高圧側に接続するか低圧側に接続するかによ
っても大きく影響し、その際のダブルインレットバルブ
の開度との関係も含め、各種状態でパルス管内ではどの
ような流れになっているかが明瞭ではなかった。そのた
め、このセカンドオリフィスバルブを用いてどのように
すれば冷凍機の性能が向上できるのかを知ることができ
なかった。
【０００６】したがって本発明は、ダブルインレット型
パルス管冷凍機のリザーバーに接続するセカンドオリフ
ィスバルブを用いて、冷凍機の性能を確実に向上するこ
とができるパルス管冷凍機の動的制御方法、及びそれを
実施するための装置を提供することを目的とする。
パルス管冷凍機のリザーバーに接続するセカンドオリフ
ィスバルブを用いて、冷凍機の性能を確実に向上するこ
とができるパルス管冷凍機の動的制御方法、及びそれを
実施するための装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、請求項１に係る発明は、圧縮機に接続され
る蓄冷器と、高温端と冷温端を有するパルス管と、パル
ス管とオリフィスを介して接続するリザーバーと、一端
がパルス管とリザーバーの接続部と連通し他端が圧縮機
と蓄冷器の接続部に連通すると共にダブルインレットバ
ルブを備えたダブルインレットパイプと、一端が前記リ
ザーバーに連通し他端が圧縮機と蓄冷器の接続部に連通
すると共にセカンドオリフィスバルブを備えたセカンド
オリフィスバルブ接続パイプとを備えたダブルインレッ
ト型パルス管冷凍機を用い、セカンドオリフィスバルブ
接続パイプの前記他端を分岐し、片方を第１セカンドオ
リフィスバルブを介して圧縮機の高圧側に接続し、他方
を第２セカンドオリフィスバルブを介して圧縮機の低圧
側に接続すると共に、パルス管冷凍機の作動を検出して
前記第１及び第２セカンドオリフィスバルブの開閉を制
御することを特徴とするパルス管冷凍機の制御方法とし
たものである。
決するため、請求項１に係る発明は、圧縮機に接続され
る蓄冷器と、高温端と冷温端を有するパルス管と、パル
ス管とオリフィスを介して接続するリザーバーと、一端
がパルス管とリザーバーの接続部と連通し他端が圧縮機
と蓄冷器の接続部に連通すると共にダブルインレットバ
ルブを備えたダブルインレットパイプと、一端が前記リ
ザーバーに連通し他端が圧縮機と蓄冷器の接続部に連通
すると共にセカンドオリフィスバルブを備えたセカンド
オリフィスバルブ接続パイプとを備えたダブルインレッ
ト型パルス管冷凍機を用い、セカンドオリフィスバルブ
接続パイプの前記他端を分岐し、片方を第１セカンドオ
リフィスバルブを介して圧縮機の高圧側に接続し、他方
を第２セカンドオリフィスバルブを介して圧縮機の低圧
側に接続すると共に、パルス管冷凍機の作動を検出して
前記第１及び第２セカンドオリフィスバルブの開閉を制
御することを特徴とするパルス管冷凍機の制御方法とし
たものである。
【０００８】また、請求項２に係る発明は、前記パルス
管冷凍機の作動の検出は、パルス管の温度を検出するも
のである請求項１記載のパルス管冷凍機の制御方法とし
たものである。
管冷凍機の作動の検出は、パルス管の温度を検出するも
のである請求項１記載のパルス管冷凍機の制御方法とし
たものである。
【０００９】また、請求項３に係る発明は、前記パルス
管冷凍機の作動の検出は、少なくともパルス管冷凍機の
高温部と冷温部の温度差を検出するものである請求項１
記載のパルス管冷凍機の制御方法としたものである。
管冷凍機の作動の検出は、少なくともパルス管冷凍機の
高温部と冷温部の温度差を検出するものである請求項１
記載のパルス管冷凍機の制御方法としたものである。
【００１０】また、請求項４に係る発明は、圧縮機に接
続される蓄冷器と、高温端と冷温端を有するパルス管
と、パルス管とオリフィスを介して接続するリザーバー
と、一端がパルス管とリザーバーの接続部と連通し他端
が圧縮機と蓄冷器の接続部に連通すると共にダブルイン
レットバルブを備えたダブルインレットパイプと、一端
が前記リザーバーに連通し他端が圧縮機と蓄冷器の接続
部に連通すると共にセカンドオリフィスバルブを備えた
セカンドオリフィスバルブ接続パイプとを備えたダブル
インレット型パルス管冷凍機において、セカンドオリフ
ィスバルブ接続パイプの前記他端を分岐し、片方を第１
セカンドオリフィスバルブを介して圧縮機の高圧側に接
続し、他方を第２セカンドオリフィスバルブを介して圧
縮機の低圧側に接続すると共に、パルス管冷凍機の作動
を検出する手段の出力に応じて前記第１及び第２セカン
ドオリフィスバルブの開閉を制御する制御装置を備えた
ことを特徴とする冷凍機の制御装置としたものである。
続される蓄冷器と、高温端と冷温端を有するパルス管
と、パルス管とオリフィスを介して接続するリザーバー
と、一端がパルス管とリザーバーの接続部と連通し他端
が圧縮機と蓄冷器の接続部に連通すると共にダブルイン
レットバルブを備えたダブルインレットパイプと、一端
が前記リザーバーに連通し他端が圧縮機と蓄冷器の接続
部に連通すると共にセカンドオリフィスバルブを備えた
セカンドオリフィスバルブ接続パイプとを備えたダブル
インレット型パルス管冷凍機において、セカンドオリフ
ィスバルブ接続パイプの前記他端を分岐し、片方を第１
セカンドオリフィスバルブを介して圧縮機の高圧側に接
続し、他方を第２セカンドオリフィスバルブを介して圧
縮機の低圧側に接続すると共に、パルス管冷凍機の作動
を検出する手段の出力に応じて前記第１及び第２セカン
ドオリフィスバルブの開閉を制御する制御装置を備えた
ことを特徴とする冷凍機の制御装置としたものである。
【００１１】また、請求項５に係る発明は、前記パルス
管冷凍機の作動を検出する手段は、パルス管の温度を検
出する手段である請求項４記載のパルス管冷凍機の制御
装置としたものである。
管冷凍機の作動を検出する手段は、パルス管の温度を検
出する手段である請求項４記載のパルス管冷凍機の制御
装置としたものである。
【００１２】また、請求項６に係る発明は、前記パルス
管の作動を検出する手段は、少なくともパルス管冷凍機
の高温部と冷温部の温度差を検出する手段である請求項
４記載のパルス管冷凍機の制御装置としたものである。
管の作動を検出する手段は、少なくともパルス管冷凍機
の高温部と冷温部の温度差を検出する手段である請求項
４記載のパルス管冷凍機の制御装置としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】上記のように、ダブルインレット
型パルス管冷凍機のセカンドオリフィスバルブの開度、
及びこのセカンドオリフィスバルブ接続用パイプを圧縮
機の配管の高圧側に接続するか低圧側に接続するかによ
って変化するパルス管内の流れの様子を確認するため、
本発明者等はこのパルス管内の流れを可視化すると共
に、セカンドオリフィスバルブの上記のような種々の接
続態様によって流れがどのように変化するかを観察し、
またそのときのパルス管冷凍機の性能はどのようになる
かについて実験を重ねた。
型パルス管冷凍機のセカンドオリフィスバルブの開度、
及びこのセカンドオリフィスバルブ接続用パイプを圧縮
機の配管の高圧側に接続するか低圧側に接続するかによ
って変化するパルス管内の流れの様子を確認するため、
本発明者等はこのパルス管内の流れを可視化すると共
に、セカンドオリフィスバルブの上記のような種々の接
続態様によって流れがどのように変化するかを観察し、
またそのときのパルス管冷凍機の性能はどのようになる
かについて実験を重ねた。
【００１４】その結果、パルス管内中心部の様子は図２
に示すように、セカンドオリフィスバルブの開度Ｖ２ｏ
＝０の状態、即ちこのバルブが閉鎖した図２（ａ）の状
態から徐々にそのバルブを開け、Ｖ２ｏ＝２０の状態、
即ちこのバルブが２０％の開度の状態の図１（ｂ）、Ｖ
２ｏ＝３０の状態、即ち３０％開度の状態の図１
（ｃ）、Ｖ２ｏ＝４０の状態、即ち４０％開度の状態の
図１（ｄ）に各々示すように変化することが明らかにな
った。なお、同図に示した実験においては、ダブルイン
レットバルブの開度を４０％に固定しており、そのとき
はパルス管内の中央部分において低温端側から高温端側
に約４５ｍｍ／ｓｅｃの速さの定常的な流れが存在する
状態となっている。
に示すように、セカンドオリフィスバルブの開度Ｖ２ｏ
＝０の状態、即ちこのバルブが閉鎖した図２（ａ）の状
態から徐々にそのバルブを開け、Ｖ２ｏ＝２０の状態、
即ちこのバルブが２０％の開度の状態の図１（ｂ）、Ｖ
２ｏ＝３０の状態、即ち３０％開度の状態の図１
（ｃ）、Ｖ２ｏ＝４０の状態、即ち４０％開度の状態の
図１（ｄ）に各々示すように変化することが明らかにな
った。なお、同図に示した実験においては、ダブルイン
レットバルブの開度を４０％に固定しており、そのとき
はパルス管内の中央部分において低温端側から高温端側
に約４５ｍｍ／ｓｅｃの速さの定常的な流れが存在する
状態となっている。
【００１５】また、バルブが開放した上記（ｂ）（ｃ）
（ｄ）の各状態において、（ｂ−１）（ｃ−１）（ｄ−
１）の各状態はセカンドオリフィスバルブ接続パイプを
圧縮機の高圧側に接続した状態を示し、（ｂ−２）（ｃ
−２）（ｄ−２）の各状態は圧縮機の低圧側に接続した
状態を示している。なお図示した各管において図中右側
がパルス管の高温端側であり、左側は低温端側である。
（ｄ）の各状態において、（ｂ−１）（ｃ−１）（ｄ−
１）の各状態はセカンドオリフィスバルブ接続パイプを
圧縮機の高圧側に接続した状態を示し、（ｂ−２）（ｃ
−２）（ｄ−２）の各状態は圧縮機の低圧側に接続した
状態を示している。なお図示した各管において図中右側
がパルス管の高温端側であり、左側は低温端側である。
【００１６】この図において●を第１サイクルとしたと
き、＋は第３サイクル、○は第５サイクルの状態を示
し、●の状態から○の状態にどちらの方向にどの位移動
しているかをみることによってパルス管内の流れを明瞭
に知ることができる。なお、図中白抜き矢印はこの流れ
の方向及び大きさの概略を示したものである。
き、＋は第３サイクル、○は第５サイクルの状態を示
し、●の状態から○の状態にどちらの方向にどの位移動
しているかをみることによってパルス管内の流れを明瞭
に知ることができる。なお、図中白抜き矢印はこの流れ
の方向及び大きさの概略を示したものである。
【００１７】図２（ａ）から明らかなように、セカンド
オリフィスバルブを閉じた状態ではパルス管内には前記
のように高温端側に向けて約４５ｍｍ／ｓｅｃの定常的
な２次的な流れが存在している。このようなダブルイン
レット型パルス管冷凍機のセカンドオリフィスバルブ接
続パイプを圧縮機の高圧側に接続した場合は、バルブの
開度が２０％の時には（ｂ−１）に示されるように、流
れの方向は変化しないものの流速が低下していることが
わかる。更にセカンドオリフィスバルブの開度を開け、
その開度が３０％の時には（ｃ−１）に示すようにその
流れはほぼ停止し、幾分低温端側に向かう流れが生じる
までになり、更に開度が４０％の時には（ｄ−１）に示
すように低温端側に向かってより高速に流れることがわ
かる。
オリフィスバルブを閉じた状態ではパルス管内には前記
のように高温端側に向けて約４５ｍｍ／ｓｅｃの定常的
な２次的な流れが存在している。このようなダブルイン
レット型パルス管冷凍機のセカンドオリフィスバルブ接
続パイプを圧縮機の高圧側に接続した場合は、バルブの
開度が２０％の時には（ｂ−１）に示されるように、流
れの方向は変化しないものの流速が低下していることが
わかる。更にセカンドオリフィスバルブの開度を開け、
その開度が３０％の時には（ｃ−１）に示すようにその
流れはほぼ停止し、幾分低温端側に向かう流れが生じる
までになり、更に開度が４０％の時には（ｄ−１）に示
すように低温端側に向かってより高速に流れることがわ
かる。
【００１８】それに対して、セカンドオリフィスバルブ
接続パイプを圧縮機の低圧側に接続した場合は、バルブ
の開度が２０％の時には（ｂ−２）に示されるように、
流れの方向は変化せず流速が速くなり、更にそのバルブ
の開度を開けると（ｃ−２）（ｄ−２）に示すようによ
りその速度が速くなることがわかる。
接続パイプを圧縮機の低圧側に接続した場合は、バルブ
の開度が２０％の時には（ｂ−２）に示されるように、
流れの方向は変化せず流速が速くなり、更にそのバルブ
の開度を開けると（ｃ−２）（ｄ−２）に示すようによ
りその速度が速くなることがわかる。
【００１９】このことから、セカンドオリフィスバルブ
接続パイプを圧縮機の高圧側に接続したときには、この
バルブを閉じたときにおけるパルス管内の高温端側への
定常的な流れに対して逆に、リザーバーからパルス管内
にガスを押し込む流れを生じさせ、それによりパルス管
内には、高温端から低温端に向かう新たな流れが形成さ
れることがわかる。そしてバルブを開くほどその作用が
強くなり、バルブ開度が３０％程度でその流れが実質的
に停止し、更に開くと逆方向に流れを生じることがわか
る。
接続パイプを圧縮機の高圧側に接続したときには、この
バルブを閉じたときにおけるパルス管内の高温端側への
定常的な流れに対して逆に、リザーバーからパルス管内
にガスを押し込む流れを生じさせ、それによりパルス管
内には、高温端から低温端に向かう新たな流れが形成さ
れることがわかる。そしてバルブを開くほどその作用が
強くなり、バルブ開度が３０％程度でその流れが実質的
に停止し、更に開くと逆方向に流れを生じることがわか
る。
【００２０】また、セカンドオリフィスバルブ接続パイ
プを圧縮機の低圧側に接続したときには、リザーバーか
らガスを抜くことになり、パルス管内には低温端から高
温端に向かう新たな流れが形成され、この流れは、既に
存在する流速が約４５ｍｍ／ｓｅｃの２次的な流れと同
じ方向に作用するため、開度の増加と共に２次的な流れ
が更に強くなることがわかる。
プを圧縮機の低圧側に接続したときには、リザーバーか
らガスを抜くことになり、パルス管内には低温端から高
温端に向かう新たな流れが形成され、この流れは、既に
存在する流速が約４５ｍｍ／ｓｅｃの２次的な流れと同
じ方向に作用するため、開度の増加と共に２次的な流れ
が更に強くなることがわかる。
【００２１】セカンドオリフィスバルブの上記のような
作用の結果、このダブルインレット型パルス管冷凍機に
おいてパルス管の中央部における流速と、パルス管の高
温端と冷温端でのガスの温度差で評価した冷凍性能の関
係は図３に示すようのものとなる。このグラフにおいて
横軸はセカンドオリフィスバルブの開度（％）を示し、
縦軸のうち左側はパルス管の中央部におけるガスの流速
（ｍｍ／ｓｅｃ）を示し、右側は前記冷凍性能の一つの
目安としての温度差（ｋ）を示しており、この温度差が
大きい程、即ち高温端側と低温端側の温度差が大きいほ
ど冷凍機の性能が良いことを示している。
作用の結果、このダブルインレット型パルス管冷凍機に
おいてパルス管の中央部における流速と、パルス管の高
温端と冷温端でのガスの温度差で評価した冷凍性能の関
係は図３に示すようのものとなる。このグラフにおいて
横軸はセカンドオリフィスバルブの開度（％）を示し、
縦軸のうち左側はパルス管の中央部におけるガスの流速
（ｍｍ／ｓｅｃ）を示し、右側は前記冷凍性能の一つの
目安としての温度差（ｋ）を示しており、この温度差が
大きい程、即ち高温端側と低温端側の温度差が大きいほ
ど冷凍機の性能が良いことを示している。
【００２２】この図において正立及び倒立の黒塗り三角
形のポイントと破線のグラフはパルス管の中央部におけ
るガスの流速の実験データであって、図中左側の縦軸の
目盛りが対応し、そのうち正立三角形はセカンドオリフ
ィスバルブ接続パイプを圧縮機の高圧側（ガス供給側）
に接続したものであり、倒立三角形は低圧側（圧縮機の
戻り側）に接続したものを示している。また、同図にお
いて正立及び倒立の白抜き三角形のポイントと実線のグ
ラフは冷凍機の性能としての温度差の実験データであっ
て、図中右側の縦軸の目盛りが対応し、前記と同様にこ
のうち正立三角形はセカンドオリフィスバルブ接続パイ
プを圧縮機の高圧側に接続した時の結果であり、倒立三
角形は低圧側に接続したときの結果である。
形のポイントと破線のグラフはパルス管の中央部におけ
るガスの流速の実験データであって、図中左側の縦軸の
目盛りが対応し、そのうち正立三角形はセカンドオリフ
ィスバルブ接続パイプを圧縮機の高圧側（ガス供給側）
に接続したものであり、倒立三角形は低圧側（圧縮機の
戻り側）に接続したものを示している。また、同図にお
いて正立及び倒立の白抜き三角形のポイントと実線のグ
ラフは冷凍機の性能としての温度差の実験データであっ
て、図中右側の縦軸の目盛りが対応し、前記と同様にこ
のうち正立三角形はセカンドオリフィスバルブ接続パイ
プを圧縮機の高圧側に接続した時の結果であり、倒立三
角形は低圧側に接続したときの結果である。
【００２３】図３の正立の白抜き三角形のポイントで示
すグラフから明らかなように、バルブを高圧側に接続し
たときにはバルブ開度が約３０％の時に最も性能が良い
ことがわかる。この状態は図２における（ｃ−１）の状
態であり、パルス管内のガスの２次的な流れが幾分逆向
きのものが存在するがほぼゼロとなっている状態であっ
て、このことは図３のパルス管内のガスの速度を示す倒
立白抜き三角形のグラフがこの近傍で幾分逆方向の流れ
は存在するが概略流速がゼロとなっていることとも一致
している。また、その後はバルブ開度が大きくなるほど
冷却端側に向かうガスの速度が上昇し、それに伴って冷
凍性能が悪化することを示している。
すグラフから明らかなように、バルブを高圧側に接続し
たときにはバルブ開度が約３０％の時に最も性能が良い
ことがわかる。この状態は図２における（ｃ−１）の状
態であり、パルス管内のガスの２次的な流れが幾分逆向
きのものが存在するがほぼゼロとなっている状態であっ
て、このことは図３のパルス管内のガスの速度を示す倒
立白抜き三角形のグラフがこの近傍で幾分逆方向の流れ
は存在するが概略流速がゼロとなっていることとも一致
している。また、その後はバルブ開度が大きくなるほど
冷却端側に向かうガスの速度が上昇し、それに伴って冷
凍性能が悪化することを示している。
【００２４】それに対して、同図の倒立の白抜き三角形
のポイントで実線のグラフから明らかなように、バルブ
を低圧側に接続したときには、バルブの開度が１０％を
越えるとその開度が上昇するほど性能が落ちてくること
がわかる。また、そのときのパルス管内のガスの流速は
バルブ開度が大きくなるほど高温端側に向かってより高
速になることもわかる。
のポイントで実線のグラフから明らかなように、バルブ
を低圧側に接続したときには、バルブの開度が１０％を
越えるとその開度が上昇するほど性能が落ちてくること
がわかる。また、そのときのパルス管内のガスの流速は
バルブ開度が大きくなるほど高温端側に向かってより高
速になることもわかる。
【００２５】上記の例はダブルインレットバルブの開度
を４０％開度に固定した例を示したもので、この開度を
変えることにより、またパルス管冷凍機の負荷等によっ
てその作動特性は変化する。上記のようなパルス管内の
ガスの２次的な流動の状態を、セカンドオリフィスバル
ブ接続パイプの圧縮機に対する接続の態様と開度の関係
を種々観察することにより、本発明者等はダブルインレ
ット型パルス管冷凍機において、リザーバーに接続する
セカンドオリフィスバルブ接続パイプを圧縮機の高圧側
と低圧側のいずれかに選択的に連通し、その接続の態様
及び各バルブの開度を冷凍機の運転状態に応じて動的に
制御すると、この冷凍機の性能を効率の良い状態で作動
させることができることに気がつくことによって本発明
がなされたものである。
を４０％開度に固定した例を示したもので、この開度を
変えることにより、またパルス管冷凍機の負荷等によっ
てその作動特性は変化する。上記のようなパルス管内の
ガスの２次的な流動の状態を、セカンドオリフィスバル
ブ接続パイプの圧縮機に対する接続の態様と開度の関係
を種々観察することにより、本発明者等はダブルインレ
ット型パルス管冷凍機において、リザーバーに接続する
セカンドオリフィスバルブ接続パイプを圧縮機の高圧側
と低圧側のいずれかに選択的に連通し、その接続の態様
及び各バルブの開度を冷凍機の運転状態に応じて動的に
制御すると、この冷凍機の性能を効率の良い状態で作動
させることができることに気がつくことによって本発明
がなされたものである。
【００２６】図１には本発明を実施するダブルインレッ
ト型パルス管冷凍機の全体構成を示し、パルス管１の高
温端２にオリフィス３を介してリザーバー４を接続して
おり、低温端５には蓄冷器６が接続している。この蓄冷
器６にはロータリバルブ７を介して圧縮機８のガス吐出
側である高圧側に接続する高圧管路９と、圧縮機の吸入
側である低圧側に接続する低圧管路１０が選択的に連通
され、パルス管内に圧力パルスを発生することができる
ようにしている。
ト型パルス管冷凍機の全体構成を示し、パルス管１の高
温端２にオリフィス３を介してリザーバー４を接続して
おり、低温端５には蓄冷器６が接続している。この蓄冷
器６にはロータリバルブ７を介して圧縮機８のガス吐出
側である高圧側に接続する高圧管路９と、圧縮機の吸入
側である低圧側に接続する低圧管路１０が選択的に連通
され、パルス管内に圧力パルスを発生することができる
ようにしている。
【００２７】本発明においてはリザーバー４に対して接
続するセカンドオリフィス接続パイプ１１を２つに分岐
して、その一つは第１セカンドオリフィスバルブ１２を
介して前記高圧管路９に接続し、他は第２セカンドオリ
フィスバルブ１３を介して低圧管路１０に接続してい
る。また、パルス管１には図示実施例においては高温端
２に第１温度センサ１４を、低温端５に第２温度センサ
１５を設け、各信号を制御装置１６に入力し、制御装置
１６においてはその温度信号によりパルス管冷凍機の作
動状態を検出し、それにより前記第１及び第２セカンド
オリフィスバルブ１２，１３のいずれかを所定の開度開
くことにより、パルス管冷凍機の最も効率の良い状態で
作動することができるようにしている。
続するセカンドオリフィス接続パイプ１１を２つに分岐
して、その一つは第１セカンドオリフィスバルブ１２を
介して前記高圧管路９に接続し、他は第２セカンドオリ
フィスバルブ１３を介して低圧管路１０に接続してい
る。また、パルス管１には図示実施例においては高温端
２に第１温度センサ１４を、低温端５に第２温度センサ
１５を設け、各信号を制御装置１６に入力し、制御装置
１６においてはその温度信号によりパルス管冷凍機の作
動状態を検出し、それにより前記第１及び第２セカンド
オリフィスバルブ１２，１３のいずれかを所定の開度開
くことにより、パルス管冷凍機の最も効率の良い状態で
作動することができるようにしている。
【００２８】パルス管冷凍機の作動効率についてはパル
ス管の高温端と冷温端の温度差が一つの目安となるの
で、上記実施例における制御装置１６ではパルス管の高
温端の第１温度センサ１４の信号と低温端の第２温度セ
ンサ１５の信号を入力し、両者の差を検出することによ
りパルス管冷凍機の現在の作動効率を検出することがで
きるものであるが、パルス管冷凍機の作動状態を検出す
ることができるならばそのほか種々の手段を採用するこ
とができ、例えば１個の温度センサを冷却端に設けるの
みでも良く、そのほかパルス管の長さ方向に適宜の数の
温度センサを配置してより正確な作動状態の検出を行う
ようにしても良い。
ス管の高温端と冷温端の温度差が一つの目安となるの
で、上記実施例における制御装置１６ではパルス管の高
温端の第１温度センサ１４の信号と低温端の第２温度セ
ンサ１５の信号を入力し、両者の差を検出することによ
りパルス管冷凍機の現在の作動効率を検出することがで
きるものであるが、パルス管冷凍機の作動状態を検出す
ることができるならばそのほか種々の手段を採用するこ
とができ、例えば１個の温度センサを冷却端に設けるの
みでも良く、そのほかパルス管の長さ方向に適宜の数の
温度センサを配置してより正確な作動状態の検出を行う
ようにしても良い。
【００２９】上記実施例における制御装置１４での実際
の制御に際しては、例えばダブルインレットバルブの開
度が４０％の時において、高温端側と低温端側の温度差
が小さくなったときには第２セカンドオリフィスバルブ
１３を閉じ、第１セカンドオリフィスバルブ１２を開放
すると共に、その開度を例えば開放側に制御し、そのと
きの前記温度差を検出し、その温度差が大きくなってき
たならばより開放するように制御を行い、その後温度差
が小さくなってきたときには逆にバルブを閉じる方向に
制御するフィードバック制御を行うことにより最も温度
差の大きい状態に維持することができる。また、運転状
態によっては、第１ダブルインレットバルブ１１を閉
じ、第２ダブルインレットバルブ１２を開放することに
より、パルス管内に高速の２次流れを形成し、より速や
かに元の温度差の大きい状態に戻すようにすることがで
きる。
の制御に際しては、例えばダブルインレットバルブの開
度が４０％の時において、高温端側と低温端側の温度差
が小さくなったときには第２セカンドオリフィスバルブ
１３を閉じ、第１セカンドオリフィスバルブ１２を開放
すると共に、その開度を例えば開放側に制御し、そのと
きの前記温度差を検出し、その温度差が大きくなってき
たならばより開放するように制御を行い、その後温度差
が小さくなってきたときには逆にバルブを閉じる方向に
制御するフィードバック制御を行うことにより最も温度
差の大きい状態に維持することができる。また、運転状
態によっては、第１ダブルインレットバルブ１１を閉
じ、第２ダブルインレットバルブ１２を開放することに
より、パルス管内に高速の２次流れを形成し、より速や
かに元の温度差の大きい状態に戻すようにすることがで
きる。
【００３０】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、パ
ルス管冷凍機の作動に応じて第１セカンドオリフィスバ
ルブと第２セカンドオリフィスバルブの開閉を制御する
ことにより、パルス管冷凍機の最も効率の良い状態に動
的に制御することが可能となる。
ルス管冷凍機の作動に応じて第１セカンドオリフィスバ
ルブと第２セカンドオリフィスバルブの開閉を制御する
ことにより、パルス管冷凍機の最も効率の良い状態に動
的に制御することが可能となる。
【００３１】また、パルス管冷凍機の作動をパルス管冷
凍機の温度により検出するもの、あるいはパルス管の高
温部と低温部の温度差により検出するものにおいては、
パルス管冷凍機の作動状態を簡単な方法で正確に検出す
ることができ、パルス管冷凍機の作動制御を確実に行う
ことができる。
凍機の温度により検出するもの、あるいはパルス管の高
温部と低温部の温度差により検出するものにおいては、
パルス管冷凍機の作動状態を簡単な方法で正確に検出す
ることができ、パルス管冷凍機の作動制御を確実に行う
ことができる。
【図１】本発明を実施するダブルインレット型パルス管
冷凍機の全体構成図である。
冷凍機の全体構成図である。
【図２】ダブルインレットバルブの開度を４０％に固定
したときの、セカンドオリフィスバルブの開度によりパ
ルス管中央部のガス流動状態が変化する例を示す図であ
り、セカンドオリフィスバルブ接続パイプの端部を圧縮
機の高圧側に接続した場合と、低圧側に接続した場合と
の図である。
したときの、セカンドオリフィスバルブの開度によりパ
ルス管中央部のガス流動状態が変化する例を示す図であ
り、セカンドオリフィスバルブ接続パイプの端部を圧縮
機の高圧側に接続した場合と、低圧側に接続した場合と
の図である。
【図３】図２のガス流動状態に対応したパルス管中央部
のガスの流速、及びパルス管の高温部と低温部の温度差
を示す図である。
のガスの流速、及びパルス管の高温部と低温部の温度差
を示す図である。
【図４】各種のパルス管冷凍機の全体構成図であり、
（ａ）はベーシック型、（ｂ）はオリフィス型、（ｃ）
はダブルインレット型を示し、（ｄ）はダブルインレッ
ト型における内部のガスの２次流動を示す図である。
（ａ）はベーシック型、（ｂ）はオリフィス型、（ｃ）
はダブルインレット型を示し、（ｄ）はダブルインレッ
ト型における内部のガスの２次流動を示す図である。
１ パルス管 ２ 高温端 ３ オリフィス ４ リザーバー ５ 低温端 ６ 蓄冷器 ７ ロータリバルブ ８ 圧縮機 ９ 高圧管路 １０ 低圧管路 １１ セカンドオリフィス接続パイプ １２ 第１セカンドオリフィスバルブ １３ 第２セカンドオリフィスバルブ １４ 第１温度センサ １５ 第２温度センサ １６ 制御装置
Claims (6)
- 【請求項１】 圧縮機に接続される蓄冷器と、高温端と
冷温端を有するパルス管と、パルス管とオリフィスを介
して接続するリザーバーと、一端がパルス管とリザーバ
ーの接続部と連通し他端が圧縮機と蓄冷器の接続部に連
通すると共にダブルインレットバルブを備えたダブルイ
ンレットパイプと、一端が前記リザーバーに連通し他端
が圧縮機と蓄冷器の接続部に連通すると共にセカンドオ
リフィスバルブを備えたセカンドオリフィスバルブ接続
パイプとを備えたダブルインレット型パルス管冷凍機を
用い、セカンドオリフィスバルブ接続パイプの前記他端
を分岐し、片方を第１セカンドオリフィスバルブを介し
て圧縮機の高圧側に接続し、他方を第２セカンドオリフ
ィスバルブを介して圧縮機の低圧側に接続すると共に、
パルス管冷凍機の作動を検出して前記第１及び第２セカ
ンドオリフィスバルブの開閉を制御することを特徴とす
るパルス管冷凍機の制御方法。 - 【請求項２】 前記パルス管冷凍機の作動の検出は、パ
ルス管の温度を検出するものである請求項１記載のパル
ス管冷凍機の制御方法。 - 【請求項３】 前記パルス管冷凍機の作動の検出は、少
なくともパルス管の高温部と冷温部の温度差を検出する
ものである請求項１記載のパルス管冷凍機の制御方法。 - 【請求項４】 圧縮機に接続される蓄冷器と、高温端と
冷温端を有するパルス管と、パルス管とオリフィスを介
して接続するリザーバーと、一端がパルス管とリザーバ
ーの接続部と連通し他端が圧縮機と蓄冷器の接続部に連
通すると共にダブルインレットバルブを備えたダブルイ
ンレットパイプと、一端が前記リザーバーに連通し他端
が圧縮機と蓄冷器の接続部に連通すると共にセカンドオ
リフィスバルブを備えたセカンドオリフィスバルブ接続
パイプとを備えたダブルインレット型パルス管冷凍機に
おいて、セカンドオリフィスバルブ接続パイプの前記他
端を分岐し、片方を第１セカンドオリフィスバルブを介
して圧縮機の高圧側に接続し、他方を第２セカンドオリ
フィスバルブを介して圧縮機の低圧側に接続すると共
に、パルス管冷凍機の作動を検出する手段の出力に応じ
て前記第１及び第２セカンドオリフィスバルブの開閉を
制御する制御装置を備えたことを特徴とする冷凍機の制
御装置。 - 【請求項５】 前記パルス管冷凍機の作動を検出する手
段は、パルス管の温度を検出する手段である請求項４記
載のパルス管冷凍機の制御装置。 - 【請求項６】 前記パルス管冷凍機の作動を検出する手
段は、少なくともパルス管の高温部と冷温部の温度差を
検出する手段である請求項４記載のパルス管冷凍機の制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000246229A JP3396732B2 (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | パルス管冷凍機の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000246229A JP3396732B2 (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | パルス管冷凍機の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002061976A true JP2002061976A (ja) | 2002-02-28 |
| JP3396732B2 JP3396732B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=18736586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000246229A Expired - Lifetime JP3396732B2 (ja) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | パルス管冷凍機の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3396732B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008036920A2 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Praxair Technology, Inc. | Control method for pulse tube cryocooler |
| EP2383530A3 (en) * | 2010-04-30 | 2013-02-20 | Palo Alto Research Center Incorporated | Optimization of a Thermoacoustic Apparatus based on Operating Conditions and Selected User Input |
| US9157668B2 (en) | 2009-07-03 | 2015-10-13 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Double inlet type pulse tube refrigerator |
| CN106595140A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-04-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 双向相位可调式阀门、脉管膨胀机 |
| WO2020235554A1 (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機、パルス管冷凍機のコールドヘッド |
-
2000
- 2000-08-15 JP JP2000246229A patent/JP3396732B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008036920A2 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Praxair Technology, Inc. | Control method for pulse tube cryocooler |
| WO2008036920A3 (en) * | 2006-09-22 | 2008-05-22 | Praxair Technology Inc | Control method for pulse tube cryocooler |
| US7614240B2 (en) | 2006-09-22 | 2009-11-10 | Praxair Technology, Inc. | Control method for pulse tube cryocooler |
| US9157668B2 (en) | 2009-07-03 | 2015-10-13 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Double inlet type pulse tube refrigerator |
| EP2383530A3 (en) * | 2010-04-30 | 2013-02-20 | Palo Alto Research Center Incorporated | Optimization of a Thermoacoustic Apparatus based on Operating Conditions and Selected User Input |
| CN106595140A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-04-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 双向相位可调式阀门、脉管膨胀机 |
| WO2020235554A1 (ja) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機、パルス管冷凍機のコールドヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3396732B2 (ja) | 2003-04-14 |
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