JP2008542671A - 圧力波発生器 - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、アクチュエータは、コンロッドを有し、コンロッドは、レバーの一端と回転可能なクランクシャフトのクランクとの間に結合されていて、クランクシャフトが回転すると、それによりコンロッドが往復動状態で動き、それによりレバーの端を往復動円弧の状態で駆動するようになっている。
図5を参照すると、図4を参照して説明した圧力波発生器を利用してスターリング冷凍システムを駆動することができる。2つのスターリング冷凍システム構成例が、図示されているが、これらは例示に過ぎない。理解されるように、圧力波発生器は、両方を同時に又はいずれか一方だけを駆動することができる。
図6を参照すると、図4を参照して説明した圧力波発生器を利用して1基又は2基以上のパルス管冷凍システムを駆動することができる。圧力波発生器により駆動されるパルス管冷凍システムのコンポーネントは、図2を参照して説明してある。
図7を参照すると、図3及び図4を参照して上述した2ダイヤフラム構造か4ダイヤフラム構造かのいずれかで働くことができるフリーディスプレーサーピストン型スターリング冷却システム130が示されている。図7に示す圧力波発生器の部分図を参照してフリーディスプレーサーピストン型スターリング冷却システム130について説明する。駆動ピストン132及びハウジング又はテンションフレーム131は、図3及び図4を参照して説明したものと類似している。
図8を参照すると、図3及び図4を参照して上述した2ダイヤフラム構造か4ダイヤフラム構造かのいずれかで働くことができる自由膨張ピストンスターリング冷却システム150が示されている。図8に示す圧力波発生器の部分図を参照して自由膨張ピストンスターリング冷却システム150について説明する。駆動ピストン151、ハウジング又はテンションフレーム152及びダイヤフラム153は、図3及び図4を参照して説明したものと類似している。特に、ピストン151は、ダイヤフラム153が作業ガスの圧力波を発生させるよう対応の仕方で動くようにするために矢印H,Gにより指示されているように往復動状態で前後に駆動される。
図9を参照すると、図4の圧力波発生器は、ダイヤフラム71,74,72,75の各々について単一の中央入口/出口ポートではなく、デュアルポート170,171,172,173を備えるのが良い。具体的に言えば、デュアルポート170,171,172,173の各組は、ポートを通るガスの流量を所望に応じて制御する動作可能な入口逆止弁170a,171a,172a,173a及び動作可能な出口逆止弁170b,171b,172b,173bを有している。任意形式の適当な方向弁を利用できることは理解されよう。
作用にあたり、駆動システムは、比較的僅かな距離にわたって相当大きな力をダイヤフラムに送り出して圧力波発生器に連結されている1基又は複数基の極低温システムを駆動するのに必要な圧力波を発生させる必要がある。
本発明の圧力波発生器は、安価なダイヤフラムを用いて効率的且つ費用効果の良い仕方でスターリング極低温冷凍システム、パルス管極低温冷凍システム及び他の極低温冷凍システムを駆動するのに必要な圧力波を生じさせることができる。ダイヤフラムは、圧縮空間内の圧縮熱を吸収することができ、それ故、ほぼ等温の圧縮が得られ、それ故、極冷却機の効率が増大する。ダイヤフラムは、極低温冷却システムの必要とするクリーンなガス環境を安価な駆動コンポーネント、例えば標準型回転モータ及びクランク機構体を用いることができる駆動システムから分離する。
Claims (47)
- 1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器であって、
1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生したガスの圧力波が、前記入口/出口ポートに連結されている1基又は複数基の極低温冷凍システムを駆動するよう前記入口/出口ポートを通過することができ、
前記ハウジング内に設けられた少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムは、各前記ダイヤフラムと関連したガス空間内に圧力波を生じさせるよう前記ハウジング内で往復動状態で動くことができ、前記ガス空間のうちの少なくとも1つは、前記圧力波が通過することができる関連の入口/出口ポートを有し、前記ダイヤフラムの各対と関連した前記ガス空間は、前記ダイヤフラムに加わる平均ガス力を釣り合わせるよう連結され、
前記ダイヤフラムの各対を前記ハウジング内で往復動状態で動かして前記ハウジングの前記入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための前記圧力波を発生させるよう動作できる駆動システムを有する、圧力波発生器。 - 前記駆動システムは、各前記ダイヤフラムにより各前記ガス空間内に生じる前記圧力波相互間の位相差が生じるように各対の前記ダイヤフラムを動かすよう構成されている、請求項1記載の圧力波発生器。
- 各対の前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが前記駆動システムにより一緒に動かされて前記対の一方のダイヤフラムにより生じた前記圧力波が前記対の他方の前記ダイヤフラムにより生じた圧力波に対して180°位相ずれするよう作動的に結合されている、請求項1又は2記載の圧力波発生器。
- 前記ハウジング内に2対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられ、前記2対は、一方の対の前記ダイヤフラムにより生じた前記圧力波が他方の対の前記ダイヤフラムにより生じた圧力波に対して90°位相ずれするように互いに実質的に直交している、請求項1〜3のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムは、前記ダイヤフラムに結合された往復動ピストンと、前記ピストンを往復動状態で駆動するよう構成された1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータとを有する、請求項1〜4のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムは、前記ダイヤフラムの各対のための往復動ピストンを有し、各前記ピストンは、1対の前記ダイヤフラムに結合されていて、1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータによって往復動状態で駆動される、請求項1〜4のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記対をなすダイヤフラムは、環状であり、各対の前記ダイヤフラムの内縁部は、それぞれの前記ピストンの互いに反対側の端に固定され、外縁部は、前記ハウジング内の反対側の場所に固定されている、請求項6記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記駆動システムの前記ピストンに直接結合されている、請求項6又は7記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、各前記ピストンについてクランクを有する単一の回転可能なクランクシャフトを有し、各前記ピストンは、コンロッドを介して前記クランクシャフトのそれぞれの前記クランクに結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドは、往復動状態で動き、それにより前記ピストンを往復動状態で駆動するようになっている、請求項8記載の圧力波発生器。
- 前記ハウジング内には2対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられており、前記2対は、互いに実質的に直交しており、1対の前記ダイヤフラムのための前記クランクシャフトの前記クランクは、他方の対のダイヤフラムのための前記クランクシャフトの他方のクランクよりも位相が90°だけ進んでいる、請求項9記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、1本又は複数本の回動可能なレバーにより前記駆動システムを前記ピストンに間接的に結合されている、請求項6又は7記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの各前記ピストンは、回動可能なレバーに結合されており、アクチュエータが、前記レバーの端に結合されていて、前記レバーをそのピボット点回りに往復動円弧の状態で回動させ、それにより前記ピストン及びその対をなす前記ダイヤフラムを往復動状態で駆動し、それにより圧力波を発生させるよう構成されている、請求項11記載の圧力波発生器。
- 各前記レバーは、一端が、前記ハウジング内に設けられた1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置に固定され、前記リンク装置は、前記レバーの端のところに前記レバーの回動の中心となるピボット点を作るよう構成されている、請求項11記載の圧力波発生器。
- 前記可撓性リンク装置は、前記レバーの自由端に加えられた圧力に応答して撓み、それにより前記レバーを前記ピボット点回りに回動させることができる、請求項13記載の圧力波発生器。
- 各前記レバーは、前記レバーの一部と前記ピストンの一部との間に延びる1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置を介してピストンに結合されている、請求項12〜14のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 各前記レバーは、一端が、前記レバーの回動の中心となる回動可能な継手を介して前記ハウジング内に固定されている取付けコンポーネントに結合されている、請求項12記載の圧力波発生器。
- 各前記レバーは、前記レバーの一部と前記ピストンの一部との間に延びる剛性リンク装置を介してピストンに結合されている、請求項16記載の圧力波発生器。
- 前記アクチュエータは、コンロッドを有し、前記コンロッドは、前記レバーの一端と回転可能なクランクシャフトのクランクとの間に結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドが往復動状態で動き、それにより前記レバーの前記端を往復動円弧の状態で駆動するようになっている、請求項12〜17のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記ハウジングの前記ガス空間内には配置されていない、請求項5〜18のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 各前記ガス空間は、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムのための前記駆動システムの関連のピストンの表面と、前記ハウジングの一部とによって構成されている、請求項5〜19のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記ガス空間を構成する前記コンポーネントは、熱交換に適した材料で作られている、請求項20記載の圧力波発生器。
- 各対の前記ダイヤフラムと関連した前記ガス空間は、連結パイプによって互いに連結され、前記連結パイプは、2つの前記ガス空間相互間のガス流を無視できるレベルまで減少させるオリフィスを有する、請求項1〜21のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 各入口/出口ポートは、流れを所望に応じて方向的に制限するよう動作できる関連の弁を有する、請求項1〜22のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 各対の前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが前記ダイヤフラムに加わる平均ガス力を釣り合わせるように一緒に動くよう互いに作動的に結合されている、請求項1〜23のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記入口/出口ポートは、次に記載する極低温冷凍システム、即ち、スターリングシステム、パルス管システム及び(又は)ギフォードマクマホンシステムのうち任意の1つ又は2つ以上に連結されている、請求項1〜24のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 請求項1〜25のうちいずれか一に記載の圧力波発生器により駆動される極低温冷凍システム。
- 1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器であって、
1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングを有し、発生したガスの圧力波が、前記入口/出口ポートに連結されている1基又は複数基の極低温冷凍システムを駆動するよう前記入口/出口ポートを通過することができ、
前記ハウジング内に設けられた少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラムは、各前記ダイヤフラムと関連したガス空間内に圧力波を生じさせるよう前記ハウジング内で往復動状態で動くことができ、少なくとも1つのガス空間は、前記圧力波が通過することができる関連の入口/出口ポートを有し、各対の前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合され、
前記ダイヤフラムの各対を前記ハウジング内で往復動状態で動かして前記ハウジングの前記入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための前記圧力波を発生させるよう動作できる駆動システムを有する、圧力波発生器。 - 前記駆動システムは、各前記ダイヤフラムにより各前記ガス空間内に生じる前記圧力波相互間の位相差が生じるように各対の前記ダイヤフラムを動かすよう構成されている、請求項27記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムは、前記ダイヤフラムの各対のための往復動ピストンを有し、各前記ピストンは、1対の前記ダイヤフラムに結合されていて、1つ又は2つ以上の動作可能なアクチュエータによって往復動状態で駆動される、請求項27又は28記載の圧力波発生器。
- 前記対をなすダイヤフラムは、環状であり、各対の前記ダイヤフラムの内縁部は、それぞれの前記ピストンの互いに反対側の端に固定され、外縁部は、前記ハウジング内の反対側の場所に固定されている、請求項29記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記駆動システムの前記ピストンに直接結合されている、請求項30記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、各前記ピストンについてクランクを有する単一の回転可能なクランクシャフトを有し、各前記ピストンは、コンロッドを介して前記クランクシャフトのそれぞれの前記クランクに結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドは、往復動状態で動き、それにより前記ピストンを往復動状態で駆動するようになっている、請求項31記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、1本又は複数本の回動可能なレバーにより前記駆動システムを前記ピストンに間接的に結合されている、請求項30記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの各前記ピストンは、回動可能なレバーに結合されており、アクチュエータが、前記レバーの端に結合されていて、前記レバーをそのピボット点回りに往復動円弧の状態で回動させ、それにより前記ピストン及びその対をなす前記ダイヤフラムを往復動状態で駆動し、それにより圧力波を発生させるよう構成されている、請求項33記載の圧力波発生器。
- 各前記レバーは、一端が、前記ハウジング内に設けられた1つ又は2つ以上の可撓性リンク装置に固定され、前記リンク装置は、前記レバーの端のところに前記レバーの回動の中心となるピボット点を作るよう構成され、前記可撓性リンク装置は、前記レバーの前記端に加えられた圧力に応答して撓み、それにより前記レバーを前記ピボット点回りに回動させることができる、請求項34記載の圧力波発生器。
- 各前記レバーは、一端が、前記レバーの回動の中心となる回動可能な継手を介して前記ハウジング内に固定されている取付けコンポーネントに結合されている、請求項33記載の圧力波発生器。
- 前記アクチュエータは、コンロッドを有し、前記コンロッドは、前記レバーの一端と回転可能なクランクシャフトのクランクとの間に結合されていて、前記クランクシャフトが回転すると、それにより前記コンロッドが往復動状態で動き、それにより前記レバーの前記端を往復動円弧の状態で駆動するようになっている、請求項33〜36のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムの前記アクチュエータは、前記ハウジングの前記ガス空間内には配置されていない、請求項29〜37のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 各対のダイヤフラムと関連した前記ガス空間は、連結パイプによって互いに連結され、前記連結パイプは、2つの前記ガス空間相互間のガス流量を制御するオリフィスを有する、請求項27〜38のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記入口/出口ポートは、次に記載する極低温冷凍システム、即ち、スターリングシステム、パルス管システム及び(又は)ギフォードマクマホンシステムのうち任意の1つ又は2つ以上に連結されている、請求項27〜39のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 請求項27〜40のうちいずれか一に記載の圧力波発生器により駆動される極低温冷凍システム。
- 1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動する圧力波発生器であって、
生じた圧力波が通ることができる1つ又は2つ以上の入口/出口ポートを備えたハウジングと、
前記ハウジング内に設けられていて、圧力波を発生させるよう往復動状態で動くよう構成された1つ又は2つ以上のダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムを前記ハウジング内で往復動状態で操作して前記ハウジングの前記入口/出口ポートに連結されている1基又は2基以上の極低温冷凍システムを駆動するための前記圧力波を発生させるよう構成されている動作可能な駆動システムを有する、圧力波発生器。 - 前記ハウジング内には少なくとも1対の互いに反対側のダイヤフラムが設けられており、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合されている、請求項42記載の圧力波発生器。
- 前記駆動システムは、各前記ダイヤフラムにより生じる前記圧力波相互間の位相差が生じるように各対の前記ダイヤフラムを動かすよう構成されている、請求項43記載の圧力波発生器。
- 各ダイヤフラムは、関連のガス空間と協働し、前記ガス空間内で動くよう構成されており、前記ガス空間は、前記ガス空間内に圧力波を発生させる所与の量のガスを有する、請求項42〜44のうちいずれか一に記載の圧力波発生器。
- 前記ハウジングには少なくとも1対の反対側のダイヤフラムが設けられ、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが一緒に動くよう互いに作動的に結合され、前記対の各ダイヤフラムと関連した前記ガス空間は、前記対のダイヤフラムに作用する平均ガス力を釣り合わせるよう互いに連結されている、請求項45記載の圧力波発生器。
- 請求項42〜46のうちいずれか一に記載の圧力波発生器により駆動される極低温冷凍システム。
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